基於渦（wō）輪流量傳感器的生物（wù）油流量計設計
點擊次數：2432 發布時間：2021-01-19 16:01:54
摘要：我國水資源在（zài）總量上是一個（gè）大國，而在人均占有量上卻是一個名副其實的小國。我國水（shuǐ）資源（yuán）總量約占**水資源總量的6%。但是我國的人（rén）口數量太大，我國人（rén）均占有量隻有**水平的1/4，是名副其實的水資源貧乏**之一。因此，節約用水在我國更具有現實意義（yì）。節約用水離不開流量檢測技術的支持，渦輪式的流量測量技術精確度高，可重複性好，且更適於對潔淨的介質進行測（cè）量，廣泛應用於水流量測量領域（yù）內。基於此，本文提（tí）出了基於渦輪流（liú）量（liàng）傳感器的水生物油流量計設（shè）計。
引言
生物油流量計，通常指用於（yú）進行測量（liàng）管道中的流體流量的一種儀表。生物油（yóu）流量計量屬（shǔ）於計量科學技術的一個分支，也是其中（zhōng）一個不可或缺的組成部分，因為它與國民經濟、國防建設以及科學研究密（mì）切聯係。在工業中，生物油流量計量的作用至關重要（yào），因為準確的生物油流（liú）量計量與工業產（chǎn）品質量（liàng）和生產效率密切相關。本設（shè）計主要是基（jī）於渦輪流量傳感器（qì）的（de）水生物油流量計設計，可實時顯示水的（de）瞬時流（liú）量（liàng）和累積流量，通過對EEPROM中參數的（de）設置可調（diào）整係統測（cè）量時的環境參（cān）數，以適應各種不同條件下的（de）水流量測量。
1 生物油（yóu）流量計總體設計
本文所設計的生物油流量計主要由ARM微處理器，串口通（tōng）信模塊，數據存儲模塊，液（yè）晶顯示屏模塊以及按鍵模塊組成。總體框架如圖1所示。係統初始上電（diàn），等待用戶按鍵選（xuǎn）擇，讀寫EEPROM中的儀表（biǎo）係（xì）數，密度，線（xiàn）性修正參數等（děng）具體參數，接收傳感器所傳入的脈衝並對其計（jì）數，內部進（jìn）行（háng）數據處理計算出脈（mò）衝（chōng）的頻率，按照傳感器提供的生物油（yóu）流量計算公式和參數計算出瞬時流量和（hé）累計流量並顯示於LCD12864液晶顯示屏上。
2 生物油流量計硬件設計
2.1 微處理（lǐ）器*小係統
本設計（jì）中采（cǎi）用的微處理器為NXP公司的M3係列LPC1766，它具有三級流水線和哈佛結（jié）構，功耗低，性能高，並且包含了眾多（duō）外設。此外，M3內核還（hái）為LPC1766提供了一個能夠（gòu）降低中斷延時和實現高效處（chù）理中斷的嵌套向（xiàng）量中斷處理器。
2.2 串口通信模塊
單片機串（chuàn）口為TTL電平標（biāo）準，即+5V和0V分別代表邏輯“1”和“0”。由於TTL和RS232高低電平的邏輯和範圍不同，故這兩（liǎng）種標準串口之間的連接*先（xiān）應進行電平轉換（huàn）。本設計中采用sp3232芯片轉換LPC1766串口的TTL電平與上位（wèi）機串口相連，進行RS232通信。TTL到RS232電平（píng）轉換電路。注意（yì），RS232電平較（jiào）高，接通瞬間可能會產（chǎn）生非（fēi）常高的瞬時電（diàn）湧，這個電湧電流可能（néng）會擊毀SP3232，所以在使用這（zhè）個芯片時應拔插之前進行斷電操作，避免熱（rè）拔插。
2.3 數據存儲模塊
EEPROM主要是用來（lái）存儲一些與測量相關的參數和測量的（de）數（shù）據。所選的是串（chuàn）行EEPROM存儲芯片93C66,大（dà）小512B，可配置成8位或者16位結構，它通（tōng）過SPI總線和LPC1766相連，對流量測（cè）量參數進行保存。當係統開始運行時，通過按鍵向存（cún）儲芯片寫入相關的參數，從而（ér）保證流量測量結果的正（zhèng）確。這些參數與實際（jì）運行環境是相關，通過重新寫入（rù）相應參（cān）數以適應新的運行環境。
2.4? LCD液晶顯示模塊
本設計的顯示（shì）模塊選擇的是LCD12864,用於實時顯示（shì）生物油流量計所（suǒ）測量的瞬時流量和累計流量。LCD12864是由（yóu）128*64個液晶顯示點（diǎn）組成（chéng）的一個128列*64行（háng）的陣（zhèn）列，自帶中文字（zì）庫，既（jì）可（kě）以顯示字母也可以顯示漢字及圖形。
3 生物油流量計（jì）軟件設計
3.1 軟件設計總流程
軟件的總體設計主要包括這幾個方麵：係統初始（shǐ）化程序，LCD顯示程序，流（liú）量測量數據（jù）處理，數據存儲程序以及基於modbus協議的RS232串口通信程序。這裏*先介紹軟件設計的總體流程圖（tú），如圖2所（suǒ）示（shì）。
係統初始化程序主要用（yòng）於（yú）微處理器（qì）各GPIO功能引腳的選擇、係（xì）統時鍾配置、中（zhōng）斷初始化及優先級配置以及LCD液晶屏初始化。微處理器LPC1766在（zài）modbus主（zhǔ）從通信協議（yì）中處於從機地位，為了實（shí）現標準的modbus協議，采用了移（yí）植freemodbus源代碼的方式。因此串（chuàn）口通信程序所做的隻是根（gēn）據（jù）LPC1766的芯片手冊對（duì）串口（kǒu）通信（xìn）方式進行設置和開啟（qǐ）串口中（zhōng）斷。按鍵程序主要作用是為了實現人機交互功能，本（běn）設計主要用了四個（gè）按（àn）鍵，分別用於參數設置時的確認，返回，增大和減（jiǎn）小功能。
3.2 流量測量程序
渦輪式流量傳感器輸（shū）出脈（mò）衝信號的頻率與其（qí）流量大小相關，並在一般情況下，有f=Kqv
式中，K為傳感器（qì）的儀表係數，並在其（qí）測量範圍內（nèi），對qv而言，K相當於一個常數，通常由（yóu）流量儀表廠商經過多（duō）次實（shí）驗測得並（bìng）由（yóu）提供給用戶直接使用。qv為通過（guò）傳感器流體的體積流量。由此可以看出（chū），對於流量的測量隻須（xū）要測量傳感器輸出的脈衝數。脈衝信號的采集采用兩個定時器，一個用作計數模式用於對脈衝計數，另一個用作重複定時器，得到（dào）單位時間內的脈衝數（shù）。單位時間內的脈衝數乘以儀表係數再乘以（yǐ）相應（yīng）的補償係數，便得（dé）到（dào）了瞬時（shí）流（liú）量。*後，將瞬時流量累加到累積流量中（zhōng），並在顯示屏上顯示出來。此程序流程圖（tú）如圖3所示。
3.3 液晶屏顯示程（chéng）序
該程序主要用於實時更新流量信（xìn）息，微處理器與上位機通過RS232接口以modbus協議進行通信。*後，該設（shè）計液晶屏（píng）上所顯示的流量信息與上位機（jī）軟件所顯示的數據如圖4所（suǒ）示。
4 總結
生物油流量計量在**生活的各種方麵都有著（zhe）廣泛應用，從工業農業產品生（shēng）產到國防經濟和基礎設施建設、從科學技術的理論研究到環境保護，從資源（yuán）節約到與人民生活中用到的生（shēng）活資源的計量，都有著生物油流（liú）量計量的參與。本設計通過實現對（duì）水流量的檢（jiǎn）測，可使人們進一步提高水的利用效率，從而達（dá）到節約用水的目的（de）。
引言
生物油流量計，通常指用於（yú）進行測量（liàng）管道中的流體流量的一種儀表。生物油（yóu）流量計量屬（shǔ）於計量科學技術的一個分支，也是其中（zhōng）一個不可或缺的組成部分，因為它與國民經濟、國防建設以及科學研究密（mì）切聯係。在工業中，生物油流量計量的作用至關重要（yào），因為準確的生物油流（liú）量計量與工業產（chǎn）品質量（liàng）和生產效率密切相關。本設（shè）計主要是基（jī）於渦輪流量傳感器（qì）的（de）水生物油流量計設計，可實時顯示水的（de）瞬時流（liú）量（liàng）和累積流量，通過對EEPROM中參數的（de）設置可調（diào）整係統測（cè）量時的環境參（cān）數，以適應各種不同條件下的（de）水流量測量。
1 生物油（yóu）流量計總體設計
本文所設計的生物油流量計主要由ARM微處理器，串口通（tōng）信模塊，數據存儲模塊，液（yè）晶顯示屏模塊以及按鍵模塊組成。總體框架如圖1所示。係統初始上電（diàn），等待用戶按鍵選（xuǎn）擇，讀寫EEPROM中的儀表（biǎo）係（xì）數，密度，線（xiàn）性修正參數等（děng）具體參數，接收傳感器所傳入的脈衝並對其計（jì）數，內部進（jìn）行（háng）數據處理計算出脈（mò）衝（chōng）的頻率，按照傳感器提供的生物油（yóu）流量計算公式和參數計算出瞬時流量和（hé）累計流量並顯示於LCD12864液晶顯示屏上。
2 生物油流量計硬件設計
2.1 微處理（lǐ）器*小係統
本設計（jì）中采（cǎi）用的微處理器為NXP公司的M3係列LPC1766，它具有三級流水線和哈佛結（jié）構，功耗低，性能高，並且包含了眾多（duō）外設。此外，M3內核還（hái）為LPC1766提供了一個能夠（gòu）降低中斷延時和實現高效處（chù）理中斷的嵌套向（xiàng）量中斷處理器。
2.2 串口通信模塊
單片機串（chuàn）口為TTL電平標（biāo）準，即+5V和0V分別代表邏輯“1”和“0”。由於TTL和RS232高低電平的邏輯和範圍不同，故這兩（liǎng）種標準串口之間的連接*先（xiān）應進行電平轉換（huàn）。本設計中采用sp3232芯片轉換LPC1766串口的TTL電平與上位（wèi）機串口相連，進行RS232通信。TTL到RS232電平（píng）轉換電路。注意（yì），RS232電平較（jiào）高，接通瞬間可能會產（chǎn）生非（fēi）常高的瞬時電（diàn）湧，這個電湧電流可能（néng）會擊毀SP3232，所以在使用這（zhè）個芯片時應拔插之前進行斷電操作，避免熱（rè）拔插。
2.3 數據存儲模塊
EEPROM主要是用來（lái）存儲一些與測量相關的參數和測量的（de）數（shù）據。所選的是串（chuàn）行EEPROM存儲芯片93C66,大（dà）小512B，可配置成8位或者16位結構，它通（tōng）過SPI總線和LPC1766相連，對流量測（cè）量參數進行保存。當係統開始運行時，通過按鍵向存（cún）儲芯片寫入相關的參數，從而（ér）保證流量測量結果的正（zhèng）確。這些參數與實際（jì）運行環境是相關，通過重新寫入（rù）相應參（cān）數以適應新的運行環境。
2.4? LCD液晶顯示模塊
本設計的顯示（shì）模塊選擇的是LCD12864,用於實時顯示（shì）生物油流量計所（suǒ）測量的瞬時流量和累計流量。LCD12864是由（yóu）128*64個液晶顯示點（diǎn）組成（chéng）的一個128列*64行（háng）的陣（zhèn）列，自帶中文字（zì）庫，既（jì）可（kě）以顯示字母也可以顯示漢字及圖形。
3 生物油流量計（jì）軟件設計
3.1 軟件設計總流程
軟件的總體設計主要包括這幾個方麵：係統初始（shǐ）化程序，LCD顯示程序，流（liú）量測量數據（jù）處理，數據存儲程序以及基於modbus協議的RS232串口通信程序。這裏*先介紹軟件設計的總體流程圖（tú），如圖2所（suǒ）示（shì）。
係統初始化程序主要用（yòng）於（yú）微處理器（qì）各GPIO功能引腳的選擇、係（xì）統時鍾配置、中（zhōng）斷初始化及優先級配置以及LCD液晶屏初始化。微處理器LPC1766在（zài）modbus主（zhǔ）從通信協議（yì）中處於從機地位，為了實（shí）現標準的modbus協議，采用了移（yí）植freemodbus源代碼的方式。因此串（chuàn）口通信程序所做的隻是根（gēn）據（jù）LPC1766的芯片手冊對（duì）串口（kǒu）通信（xìn）方式進行設置和開啟（qǐ）串口中（zhōng）斷。按鍵程序主要作用是為了實現人機交互功能，本（běn）設計主要用了四個（gè）按（àn）鍵，分別用於參數設置時的確認，返回，增大和減（jiǎn）小功能。
3.2 流量測量程序
渦輪式流量傳感器輸（shū）出脈（mò）衝信號的頻率與其（qí）流量大小相關，並在一般情況下，有f=Kqv
式中，K為傳感器（qì）的儀表係數，並在其（qí）測量範圍內（nèi），對qv而言，K相當於一個常數，通常由（yóu）流量儀表廠商經過多（duō）次實（shí）驗測得並（bìng）由（yóu）提供給用戶直接使用。qv為通過（guò）傳感器流體的體積流量。由此可以看出（chū），對於流量的測量隻須（xū）要測量傳感器輸出的脈衝數。脈衝信號的采集采用兩個定時器，一個用作計數模式用於對脈衝計數，另一個用作重複定時器，得到（dào）單位時間內的脈衝數（shù）。單位時間內的脈衝數乘以儀表係數再乘以（yǐ）相應（yīng）的補償係數，便得（dé）到（dào）了瞬時（shí）流（liú）量。*後，將瞬時流量累加到累積流量中（zhōng），並在顯示屏上顯示出來。此程序流程圖（tú）如圖3所示。
3.3 液晶屏顯示程（chéng）序
該程序主要用於實時更新流量信（xìn）息，微處理器與上位機通過RS232接口以modbus協議進行通信。*後，該設（shè）計液晶屏（píng）上所顯示的流量信息與上位機（jī）軟件所顯示的數據如圖4所（suǒ）示。
4 總結
生物油流量計量在**生活的各種方麵都有著（zhe）廣泛應用，從工業農業產品生（shēng）產到國防經濟和基礎設施建設、從科學技術的理論研究到環境保護，從資源（yuán）節約到與人民生活中用到的生（shēng）活資源的計量，都有著生物油流（liú）量計量的參與。本設計通過實現對（duì）水流量的檢（jiǎn）測，可使人們進一步提高水的利用效率，從而達（dá）到節約用水的目的（de）。
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