流量检测系统的设计

附件5：《DSP应用系统设计》课程创新性实验总结报告参模板

山东科技大学电工电子实验教学中心

创新性实验研究报告

课程名称：测控系统设计

实验项目名称＿＿流量检测系统的设计＿＿＿

姓名XXXXX＿学号＿0901101707

手机159XXXXX751 Email ******************

专业＿＿电子信息工程＿班级＿电信09-1

指导教师及职称＿＿＿xx＿＿

开课学期2011 至2012 学年＿二＿学期

提交时间2012 年07 月13 日

升流量有几个脉冲，不同的仪表有不同的k。涡轮变送器输出的脉冲信号，经前置放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的测量。根据单位时间内的脉冲数和累积脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。

图1 涡轮流量传感器结构图

1.2总体设计

由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机。单片机在系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分析，向外部输出控制信号，实现LED显示。LED数码管显示动态的流量，同时，若流量超过上下限范围，报警电路产生声光报警信号，提醒流量不在正常范围内，需采取相应控制。系统软件主要包括主程序，显示程序等供主程序调用的子程序。主程序实现系统的总体功能，子程序实现相应的具体功能。系统硬件结构图如图2所示。

图2 系统硬件结构图

1.3工作原理

被测流体流经涡轮流量传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性的改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。

在测量范围内，传感器输出的脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以K (次/L)表示。每台传感器都经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率f 除以仪表常数K便可求得瞬进流量q(L/s)。即q=f/K。流量传感器采集到流量信息，通过变换器，转化为电信号，AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机。单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。

2、实验内容

2.1单片机

AT89C51是一种带4K宇节闪速可编程可擦除只读存储器(PEROM)的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，AT她L的

89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高而价廉的方案。

AT89C51有4个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，

3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。其引脚排列图如图3所示。AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

图3 AT89C51引脚图

AT89C51的40个引脚共分为端口线、电源线和控制线三类。

2.2 A/D转换元件

ADC有两大类：一类在电子线路中使用，不带使能控制端；另一类带有使能控制端，可和微机直接接口。ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，可以和微机直接接口。

1）.主要技术指标和特性

（1）分辨率：8位。

（2）总的不可调误差：ADC0808为±(1/2)LSB,ADC 0809为±1LSB。

（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。

（4）单一电源：+5V。

（5）模拟输入电压范围：单极性0～5V；双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。

（6）具有可控三态输出缓存器。

（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。

（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。

图4 ADC0809内部结构

2）.时序

图5 ADC0808/0809工作时序

2.3 LED数码管

地址偏移量共阴字形码共阳字形码所显字符SGTB+0H 3FH C0H 0 +1H 06H F9H 1

+2H 5BH A4H

4FH B0H 3 3H

+4H 66H 99H 4

+5H 6DH 92H 5

+6H 7DH 82H 6

+7H 07H F8H 7

+8H 7FH 80H 8

+9H 6FH 90H 9

+AH 77H 88H A

+BH 7CH 83H b

+CH 39H C6H C

+DH 5EH A1H d

+EH 79H 86H E

+FH 71H 8EH F

+10H 00H FFH 空格

+11H F3H 0CH P

+12H 76H 89H H

·+13H 80H

FH

+14H 40H BFH —

3、实验步骤

3.1传感器的设计与信号的采集

流量信号通过涡轮流量传感器采集，本设计应用霍尔效应设计传感器。

3.1.1霍尔效应

当一块通有电流的金属或半导薄片垂直的放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为

U=(K×I×B)/d

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

图6 霍尔元件的基本电路

3.1.2实体电路

根据霍尔效应原理，如图7所示，将一块永久磁钢固定在转体转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，霍尔电路通电后，受磁钢所产生的磁场的影响，磁体每经过霍尔电路一次，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。在转轴上固定一个叶轮，用流体(气体、液体)去推动叶轮转动，便可构成流量传感器。我们可确定流量的计算公式为：

累积流量：Q=K×M=K×D

其中，Q为累积流量(L)，K为仪表常数(L/r)，M为转数(r)，D为脉冲数。

瞬时流量：q=K×m=K×f

其中，q为瞬时流量(L/s)，m为转体角速度(r/s)，f为脉冲频率(Hz)。