摘要(yao):設計以PIC單片機(ji)爲核心的 智能(néng)渦輪流量計 ，用(yòng)于蒸汽流量的(de)測量。結合氣體(tǐ)流量與密度的(de)特點設計溫度(dù)🌈壓力補償電路(lù)，并用串口液晶(jing)顯示模塊實時(shi)顯🏃‍♂️示所測的流(liu)量大小、溫度和(hé)壓力，同時可利(lì)用鍵盤進行參(can)數的設定和修(xiu)改。該方案節省(sheng)了💃資源，提高了(le)性價比，保證了(le)系統的精度和(he)實時性。
　　在現代(dai)工業生産和流(liu)通等領域，流量(liàng)檢測是計量管(guan)理、貿🈲易結算的(de)第一可靠性依(yi)據，也是一門實(shi)用性很強的檢(jiǎn)測技術;但流🈚體(tǐ)的複雜性決定(ding)了流量檢測的(de)問題也很多，氣(qi)體流量的溫度(du)壓力補償問題(ti)就是其🌈中之一(yi)。流量傳感器在(zài)測量同樣介質(zhì)的📞流體流量參(can)數時都是工況(kuang)流量，尤其是氣(qi)體,即便測量結(jié)果相同☀️，由于受(shou)溫度和壓力的(de)影響,在轉換成(chéng)标準流量時結(jié)果往往也是不(bú)一緻的。這就産(chan)生了❤️流量檢測(ce)中的溫㊙️度壓力(lì)補償問題。
　　在使(shǐ)用流量計測流(liu)量時，使用者如(rú)果不考慮溫度(du)壓🌍力💘補償的話(huà)，得到的結果往(wang)往會與正确結(jié)果大🙇🏻相徑🌍庭，無(wú)法進行貿易結(jié)算或工藝考核(hé)。液體體積幾乎(hu)不受壓力影響(xiǎng)，僅和溫度有關(guān)，而♌且當溫度變(biàn)化範圍很🔱小時(shi)，液體體積的變(biàn)😘化也極小;但是(shì)氣體受壓力、溫(wen)度影響所引起(qǐ)的流體特性⛷️的(de)變化很大，在流(liu)量檢測中，氣體(tǐ)流量溫度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壓力(li)補償的意📧義重(zhòng)大。
1渦輪流量計(jì)工作原理
　　渦輪(lun)流量計 作爲最(zuì)通用的流量計(ji)具有精度高、重(zhong)複性好等優點(diǎn)✂️，廣📧泛用于高壓(yā)、高溫、低溫及微(wei)流量的測量中(zhōng)。渦輪流量計是(shi)一種速度式流(liú)量計，它是由渦(wō)輪、軸承、前置放(fàng)大器、顯示儀表(biao)組成。被測流體(ti)沖擊渦輪葉片(piàn)，使渦輪旋轉，渦(wo)輪📞的轉速随流(liu)量的變化而變(biàn)化，即流量大，渦(wo)輪的轉速也大(dà)，再經磁電轉換(huàn)裝置把渦輪的(de)轉速㊙️轉換爲相(xiang)應頻率的電脈(mò)沖，經前♉置放💜大(da)器放大💃後，送入(ru)顯示儀表進行(hang)計🏃‍♀️數和顯示，根(gen)據🔆單位時間内(nèi)的脈沖數和累(lèi)計脈沖數即可(ke)求出瞬時流量(liàng)和累積流量"。當(dāng)流體沿着管道(dào)的軸線方向流(liu)動、并沖擊渦輪(lún)葉片時，流經渦(wō)輪變送🈚器的流(liú)體體積流量：
 
2硬(yìng)件電路設計
2.1總(zǒng)體設計
　　該系統(tong)以PIC單片機爲控(kòng)制核心，包括流(liú)量信号采集模(mo)塊、溫度和🎯壓力(li)信号采集模塊(kuài)、鍵盤以及顯示(shì)模塊5個部分☀️。流(liu)量信号采集模(mo)塊使用渦輪流(liú)量計采集流量(liàng)✨信号，經過外圍(wei)電路處理後送(sòng)入單片機，測量(liang)其頻率，用于流(liú)量計算;溫度和(hé)壓力采🈲集模塊(kuai)将🥰采.集到的溫(wēn)度和壓力通過(guò)A/D轉換後送入單(dān)片機，用.于氣體(tǐ)的密度計算，對(dui)氣體流量進行(hang)補償;鍵盤模塊(kuài)實現對💚儀表參(can)數的設置、各顯(xian)示内容之間的(de)轉✨換操作;顯示(shi)模塊實👄現瞬時(shí)流量、累積流量(liang)、溫度和🐇壓力的(de)顯示。系統的總(zong)體結構圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單片機
　　pIc單(dān)片機采用哈佛(fó)總線結構，精簡(jian)指令,運行速度(du)快，價格低廉，低(di)功耗，内部具有(yǒu)8通道10位A/D轉換器(qi)，最大有8kX14字節🏃🏻‍♂️的(de)HASH程序存儲器，工(gong)作電壓範圍寬(kuan)，帶振蕩式看門(mén)狗，不需要任何(he)外部器件。在該(gāi)系統設計中具(jù)有較大的優🧑🏽‍🤝‍🧑🏻勢(shi)。
2.3流量檢測電路(lù)
　　渦輪脈沖信号(hào)經濾波整形放(fàng)大後,再經過光(guang)電隔離🌏電路⭐後(hou)🙇🏻進入PC16F877單片機進(jin)行脈沖頻率測(cè)量，從而測量出(chū)流量的大小。
2.4溫(wēn)度壓力檢測電(diàn)路
　　采壓力傳感(gan)器154n對氣體壓力(lì)進行檢測。該傳(chuan)感器屬于壓🚶阻(zu)式㊙️半導體壓力(lì)傳感器，用電阻(zǔ)構成電橋後接(jiē)電壓跟随器🌂送(song)至RA0口。.将Pt100檢測到(dao)的溫度信号經(jing)A、B兩個電壓跟.随(suí)器後分别送至(zhì)減法電路和放(fang)大電路，再經減(jian)法🔅器E後進入單(dān)片機的RA1口。
　　此時(shi)有U7E=100UiA-200IB，電位器Rv3用來(lai)調零，當其阻值(zhí)調至和Pt100阻值相(xiàng)同時，此時U7E爲零(ling)，未調整時即爲(wei)常溫值。其原理(li)如圖2所示.
　　爲了(le)提高系統的測(cè)量精度,壓力檢(jian)測和溫度檢測(cè)均采用IM334恒流源(yuán)向其提供恒定(ding)的電流，同時添(tian)加一個電阻和(he)一個二極管以(yi)獲得零點漂移(yí)操作。
 
3.系統軟件(jiàn)設計
3.1總體設計(ji)
　　系統軟件包括(kuò)初始化程序、主(zhǔ)程序、中斷控制(zhì)程序、流量、溫度(du)、壓力檢測程序(xù)以及鍵盤顯示(shi)程序等。初始化(huà)程序主要完成(cheng)單片機初始化(hua)和設置計數方(fāng)式等。主程序主(zhǔ)要通過查詢标(biao)志位SET_RUN和OPERATE來判斷(duan)程序是運行狀(zhuang)态還是設置狀(zhuang)态，然後調用相(xiang)應的處理子程(chéng)序。首先開全局(jú)中斷，允許單片(piàn)機響應所有中(zhong)斷源産生的中(zhong)斷請求;當單片(pian)機查詢到标志(zhì)位SET_RUN被置位時，就(jiu)進入設置狀态(tài)，對儀表系數進(jin)行設定;進入運(yùn)行狀态後還要(yao)查詢标志位OPERATE是(shi)否被置位，被置(zhì)位後就進行溫(wen)度與壓力的.A/D轉(zhuan)換、流量的計算(suàn)和數據的儲存(cún)。中斷程序用于(yú)查詢定時時間(jiān)，進入中斷服務(wu)子程序完成流(liu)量采集、工作狀(zhuang)況“下溫度和壓(ya)力采集，瞬時流(liu)量和累積流量(liàng)的計算。系統主(zhu)流程圖如圖3所(suǒ)示。
 
3.2流量溫度壓(ya)力信号采集
　　流(liú)量信号的采集(jí)主要通過計數(shù)器MR0中斷服務程(cheng)序完成，采用定(dìng)時器模式，定時(shi)時間設爲1so定時(shi)時間到，比較寄(ji)存器裏面的内(nèi)容，大于1s則對計(jì)數器IMR1讀數，以獲(huò)得流量信号的(de)頻率，并清零;小(xiao)于1s,則加1後結束(shu)。
　　溫度和壓力信(xin)号的采集是通(tōng)過PICI6F877單片機内部(bù)的ADC模塊㊙️将❗其轉(zhuan)🍓換成數字量，采(cǎi)樣完成後計算(suan)出溫度和壓力(li)值，并将這❓兩個(gè)數值在液晶屏(píng)上顯示出來。.
3.3鍵(jian)盤顯示
　　設置3個(gè)鍵盤，利用電平(ping)變化中斷功能(neng)來實現，采用延(yan)時📱去抖法🆚，按鍵(jian)有效就進入按(àn)鍵處理程序。F表(biǎo)示功能📧鍵，用KI來(lái)表🐪示，每🐅按一-次(ci)表示在流量顯(xian)示和溫度、壓力(li)顯示間切換，-表(biǎo)示移位鍵，用K2表(biǎo)示，↑爲增加鍵，用(yong)K3表示。如🌈果F+→(即Kl+K2)被(bei)按下，則設置标(biao)志位置1,主程序(xu)查✌️詢到其置1後(hou)，就進入設置狀(zhuàng)态。在該狀💚态下(xià)，→(K2)鍵定義爲移位(wei)鍵，以閃爍表示(shì)光标所在位，每(měi).按一次，閃爍移(yí)到下一位，到最(zuì)後一位回閃第(di)一📱一位。↑(K3)定義爲(wèi)增加鍵，對光标(biao)所在位的數值(zhí)進行修改，每按(an)--次，循環增加一(yi)個定義單位，定(dìng)💯義單位視參數(shù)類型而定。當程(cheng)序查詢到↑+→(K2+K3)被按(an)下時，就把累積(jī)流量清零，并把(ba)标志位置1,當查(cha)詢到F(K1)鍵被按下(xià)時，每按-一次，在(zai)流量顯🛀示和溫(wen)度、壓力顯示之(zhī)間切換。
采用段(duàn)式液晶顯示器(qì)LCM103來顯示瞬時和(hé)累計流量，同時(shi)實時顯示溫度(dù)和壓力"。
4溫壓補(bǔ)償的實現
　　一般(ban)來說，在生産中(zhong)大多要求得到(dào)氣體的質量流(liu)量，由于氣體體(ti)積受溫度和壓(ya)力的影響太大(da),在溫🚶‍♀️度和壓力(li)🌏不斷變化的環(huán)境中得出的流(liu)量需要補償換(huan)算。
　　在得到了渦(wo)輪流量計輸出(chū)的流量信号、測(ce)量介質的溫度(du)和‼️壓力後，就可(ke)以進行飽和蒸(zheng)汽質量流量的(de)實時計算了。由(you)公式(2)可知，頻率(lǜ)f已經通過IMR1計數(shù)器😄測得，隻要再(zài)得💚到密度Q就可(kě)以計算飽和蒸(zheng)汽的質量流量(liàng)了。飽和蒸汽的(de)密度Q和它的溫(wēn)度壓力有關，其(qí)關系如表🈲1所示(shi)。可以看到，密度(du)Q隻是溫度或者(zhe)壓🛀力的函數，而(er)❄️不是它們兩個(ge)參數的函數,所(suǒ)以隻要🐅通過表(biao)1的數據拟合出(chū)一條溫度-密度(du)(或者壓力.密度(du))的曲線，測出溫(wen)度📞(或者壓力)值(zhí)就可以得到密(mi)度值。拟合溫度(du)-密度曲線或者(zhe)壓力-密度曲.線(xiàn)均可，但溫度和(he)壓力都要顯示(shì)出來。
 
　　由溫度的(de)A/D采樣值和密度(du)值間的關系式(shi)，根.據公式(2)就可(ke)以進行流量的(de)質量流量計算(suàn)。
5結束語
　　基于PIC單(dān)片機的智能渦(wo)輪流量計設計(ji)，節省了資源，提(ti)高了系統性價(jià)比，同時又由于(yu)采用了合理的(de)溫度壓力檢測(ce)方法和新的補(bǔ)償方式，可以盡(jìn)可能地消除系(xi)統誤差，較爲快(kuai)速正确地計算(suàn)⁉️溫度壓力變化(huà)時流體㊙️的密度(dù)和流量值，保證(zheng)了系統的精度(dù)和🙇🏻實時性，具有(yǒu)較好的應用價(jià)值。

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