《过程控制系统》智能流量测量课程设计

东北大学秦皇岛分校控制工程学院《过程控制系统》课程设计

设计题目：智能化流量测量仪设计

学生：杨光

专业：测控技术与仪器

班级学号：5091021

指导教师：宋爱娟

设计时间：2012.6.18-2012.7.01

1、前言 (3)

1.1研究意义与目的 (3)

1.2研究内容 (3)

2、主体部分 (4)

2.1系统总体设计 (4)

2.1.1控制系统的基本功能 (4)

2.1.2系统工作原理 (4)

2.2元器件的选择 (5)

2.2.1AT89S52单片机 (5)

2.2.2电磁流量计 (6)

2.2.3电动调节阀 (6)

2.2.4 PCF8591 A/D、D/A转换器 (7)

2.3硬件设计 (8)

2.3.1 总体概述 (8)

2.3.2 矩阵键盘 (10)

2.3.3 电磁流量计电路 (10)

2.4软件设计 (13)

2.4.1总体设计 (13)

2.4.2 主程序部分 (15)

2.4.3子程序 (15)

3、参考文献 (16)

4、结束语 (16)

1、前言

1.1研究意义与目的

在石油、化工等生产过程中，对管道内液体和气体的流量进行测量和控制是实现生产过程自动化的重要组成部分。可以说，应用流量仪表测量流量值是提高企业科学管理水平、极大的发挥经济效益和社会效益的有力措施。

实际应用系统中，最为常见的是双流按比例控制的问题, 一旦比例失调, 就会影响生产, 造成产品质量下降, 甚至引发事故, 例如啤酒厂要求原液与净水按固定比例混合, 造纸厂要求纸浆和水按固定比例混合等。

1.2研究内容

本文介绍应用89S52单片机设计的流量计；主要研究内容是对流量进行检测，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将模拟信号转化为数字信号后传给单片机，单片机在软件系统的控制下，根据预先的设置、温度影响以及预期的控制要求,通过单片机的输出，进行D/A转化后来精确控制阀门的开度,实现对流量的精确控制。其中，在硬件电路部分，采用AT89S52单片机构成单片机控制系统的主体部分。通过PCF8591P将传感器采集的流量信号进行AD转换输入单片机，单片机输出的控制信号同样通过PCF8591P进行DA转换来控制阀门的开度。一些其他的功能，如设定值输入通过键盘显示电路采用8279方案，矩阵键盘实现；数码管显示则通过LCD1602完成。系统软件设计部分，分别对键盘设定值输入，AD/DA转换控制，温度

影响等程序进行了设计，并且设计了主程序和流量控制PID程序。

1、主体部分

2.1系统总体设计

2.1.1控制系统的基本功能

流量显示功能

a 复位、启动显示功能

b PID参数显示功能

c 输入、输出值显示功能

d 温度显示功能

d 显示精度均保留到小数点后两位

2.1.2系统工作原理

流量传感器将采集到的流量信息，通过变换器转化为电信号，A/D转换器将模拟电信号转化为数字信号，传给单片机。单片机软件

系统根据事先的设定值对采集的信息进行处理，输出控制信号。转换器将数字控制信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的动作，从而调节流量，实现流量的精确控制。系统原理框图如图1所示：

图1 系统原理框图

其中，电磁流量计作为流量传感器，采集流量信息送到A/D转换器。A/D转换器将连续的模拟量转化为单片机能接受的离散的数字量，单片机收到流量信号后并结合当前温度的影响，在控制系统软件的作用下，控制器参数由按键输入，发出相应的执行命令给电动调节阀，阀门动作对流体流量进行控制。

2.2元器件的选择

2.2.1 AT89S52单片机

AT89S52单片机拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,晶

片内部具有始终振荡器（传统最高工作频率可至12MHz），内部存储器（ROM）为8KB，数据存储器（RAM）为256B，比标准51多128B；拥有32个可编程I/O口线，8个中断向量源，三个16位定时器/计数器，比51多一个定时器；三级加密程序存储器以及全双工UART串行通道。在市场中容易买到，资料众多，编程与51兼容，最适合学生或者初学者使用；同时支持ISP下载，使用方便；FLASHROM可下载10000次以上，可靠性非常高。

2.2.2电磁流量计

电磁流量计是利用法拉第法则检测管内流动流体的流量。它有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。其主要优点是变送器结构简单，没有任何阻碍流体流动的节流部件，所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失；同时它不会引起诸如磨损，堵塞等问题，特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆，污水等液固两相流体，以及各种粘性较大的浆液等，也可应用腐蚀性流体。

电磁流量计是—种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度、粘度、密度、压力以及电导率(在一定范围内)的影响。因此，电磁流量计只需经水标定以后，就可以用来测量其它导电性液体的流量，而不需要附加其它修正；而且它的测量量程范围极宽，同一台电磁流量计的量程比可达1：100。此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关。它无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且

线性好。因此，可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出，可就地指示，也可远距离传送。

2.2.3电动控制阀

电动调节阀通过接收工业自动化控制系统的信号（4~20mA或0~10V）来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数，实现自动化调节功能。电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表，与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：一般传统气动阀，免不了要有配管、电磁阀及压缩机等才能匹配，而电动阀是以马达驱动，安装简易省事；且电动阀安装配合工厂原有的自控线路即可，可节省其他成本支出；

2.2.4 PCF8591 A/D D/A转换器

PCF8591P是8位A/D及D/A转换器。4路A/D转化输入AIN0~AIN3，1路D/A模拟输出AOUT。

2.2.5 LCD1602液晶显示模块

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块；液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此在袖珍仪表和低功耗仪表应用系统中得到越来越广泛的应用；现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602液晶显示模块可以显示两行，每行16个字符，采用5V电压供电，对比度可调；外围电路配置简单，价格便宜，并且提供各种控制命令,例如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等，具有很高的性价比。