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        水流量檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2015-02-15 05:48:00重慶人文科技學(xué)院孫慧
        河北農(nóng)機(jī) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:水流量渦輪原理

        重慶人文科技學(xué)院 孫慧

        引言

        由于我國信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,科技的日新月異,資源的大量開采,導(dǎo)致資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重。尤其是與人們休戚相關(guān)的水資源問題尤為凸出,因此,科學(xué)高效地利用水資源尤為重要。于是,方便、快捷、精準(zhǔn)地監(jiān)測水流量就為節(jié)約水資源提供了科學(xué)的保障和手段。社區(qū)中古板的人工抄表管理方式,人工損耗大,監(jiān)管效率低。本文以STC89C52為核心控制電腦,分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,結(jié)合硬件選材和軟件編程設(shè)計(jì)出的流量檢測體系,可以有效地降低管理成本、節(jié)約費(fèi)用,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理[1]。

        1 目的和意義

        本水流量控制裝置以較低成本的方式實(shí)現(xiàn)了流量計(jì)中復(fù)雜的檢測功能,用戶可以任意設(shè)定重置重新檢測水流量。傳感器采用渦流式的方式,在葉片材質(zhì)輕的情況下具有較好的線性度,精度較高。整個(gè)產(chǎn)品成本很小,很有應(yīng)用價(jià)值。唯一需要改進(jìn)的地方是低功耗方面,采用USB接口供電,相對(duì)來說續(xù)航能力和便攜能力有提高的空間,今后可以考慮采用低功耗超便攜的供電設(shè)備。

        2 水流量檢測系統(tǒng)

        2.1 傳感器的工作原理與選用

        渦輪流量計(jì)計(jì)量水流量[2]的原理如下:在管道中心安放一個(gè)渦輪,充當(dāng)障礙物,兩端由軸承固定支撐。當(dāng)流體通過管道時(shí),橫向沖擊渦輪每個(gè)葉片并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩,使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的管道橫截面內(nèi),流量和流速成正比,對(duì)一定粘度的流體介質(zhì),渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速亦成正比,由此可以間接推導(dǎo)流量大小。渦輪的旋轉(zhuǎn)速度通過裝機(jī)殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁體產(chǎn)生的磁力線時(shí),就會(huì)引起傳感線圈的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通過周圍變化信號(hào)送入放大器,對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形,產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào),送入單位換算與處理電路,得到并顯示當(dāng)前流量值,并在存儲(chǔ)器中減去相應(yīng)水量。

        2.2 單片機(jī)的工作原理與選用

        從性能上考慮STC89C52單片機(jī)擁有較多的引腳[3],單片機(jī)本身具有較強(qiáng)的處理能力,方便了電路設(shè)計(jì),它采用精簡指令集結(jié)構(gòu),在8MHZ時(shí)指令速度可達(dá)8MIPS。另外STC89C52采用了16位多功能硬件乘法器等先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu),大大增強(qiáng)了其數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力,能夠做到跟蹤監(jiān)控能力,所以本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)做核心電路。

        2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理

        工作原理:用水時(shí),水經(jīng)過水流量傳感器,將該信息輸入給以主芯片STC89C52為核心的微機(jī)處理系統(tǒng)。每流過一定水流量時(shí),計(jì)量電路便發(fā)出一組計(jì)量脈沖序列,信號(hào)輸入到微機(jī)控制系統(tǒng),微機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后,驅(qū)動(dòng)LCD顯示器顯示水流量信息[4]。

        圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖

        3 水流量監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

        水流量的監(jiān)測主要依靠對(duì)得到的頻率處理,由流量計(jì)在一段時(shí)間下產(chǎn)生高電平的個(gè)數(shù)決定,即Q(流量)=F(頻率)/R(商家設(shè)定值),所以只要在單片機(jī)中設(shè)定一定的時(shí)間,并在該時(shí)間之下計(jì)算出得到的高電平即可。在本程序中STC89C52的兩個(gè)定時(shí)器T0為計(jì)數(shù)狀態(tài),T1為計(jì)時(shí)狀態(tài),這樣方可測量流量[5]。

        3.1 水流量的讀取程序

        中斷程序運(yùn)行的時(shí)間到,就可以讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值,將下數(shù)值讀出后把計(jì)數(shù)器賦值為0,等待下一次的取出,然后進(jìn)入對(duì)讀出數(shù)據(jù)的處理程序,如圖2所示。

        圖2 水流量數(shù)據(jù)處理程序圖

        3.2 水流量數(shù)據(jù)的處理程序

        在預(yù)定的時(shí)間到時(shí),即已經(jīng)取出了定時(shí)器的數(shù)值。我們計(jì)算的水流量最大是以每噸來計(jì)算并顯示的,故一個(gè)整型或長整型的數(shù)不夠,故先把它放在了一個(gè)int變量的存儲(chǔ)空間內(nèi),取水流量的前三位,再定義一個(gè)長整型的數(shù),把它作為水流量的后六位,這樣計(jì)算起來也比較容易,數(shù)據(jù)也不會(huì)起沖突,也是為將要計(jì)算水價(jià)做準(zhǔn)備。設(shè)定該水流量的最大計(jì)數(shù)為250噸,超過了定值,則會(huì)從0開始,如圖3所示。

        圖3 水流量數(shù)據(jù)處理程序圖

        4 調(diào)試運(yùn)行

        4.1 仿真結(jié)果

        由于自來水水流不夠均勻,水流量傳感器較小,測量不會(huì)標(biāo)準(zhǔn),故測試該水流量用氣流代替,每次結(jié)果不一。因原本設(shè)計(jì)要求已達(dá)到,本設(shè)計(jì)硬件部分和軟件部分結(jié)束。

        圖4 實(shí)物效果圖

        4.2 實(shí)際不足及有待改進(jìn)之處

        (1)水流量傳感器監(jiān)測水流量范圍有限,精確度有限;

        (2)本設(shè)計(jì)功能單一,無法實(shí)現(xiàn)多功能監(jiān)測、控制;

        (3)雖然本設(shè)計(jì)攜帶方便,但同時(shí)持續(xù)供電裝置有待改善。

        [1]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1990.

        [2]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].第5 版.北京:科學(xué)出版社,2007.6.

        [3]胡斌.電子工程師必備九大系統(tǒng)電路識(shí)圖寶典[M]. 北京:人民郵電出社,2012.8.

        [5]朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2002.

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