祖思遠(yuǎn)，馮晨

（三江學(xué)院，江蘇南京210012）

旋漿式流速儀測算器設(shè)計

祖思遠(yuǎn)，馮晨

（三江學(xué)院，江蘇南京210012）

測算器系統(tǒng)以STC89C58RD+單片機為控制核心，并輔以必要的外圍電路構(gòu)成流速儀信號檢測器，從而將干簧式繼電器觸點產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢酝脩艚粨Q的數(shù)據(jù)，供使用者精確地測量確定水流速度和流量。

單片機；流速儀；信號轉(zhuǎn)換

引言

旋漿式流速流量儀是專門為水文站、廠礦、環(huán)保監(jiān)測站、農(nóng)田排灌、水文地質(zhì)調(diào)查等部門在野外進(jìn)行明渠流速流量測量而研制的。該儀器結(jié)構(gòu)簡易、輕巧方便、耗電省、功能齊全、自動化程度高、穩(wěn)定可靠，符合國家明渠流量測量標(biāo)準(zhǔn)，配置60℃高溫旋槳。測算器是流速儀中必不可少的組成部分，前者檢測后者傳送的通斷信號，經(jīng)過處理以及計算后，得到水流速度與儀器轉(zhuǎn)子的額轉(zhuǎn)數(shù)間的關(guān)系，最終將干簧式繼電器觸點與機械式觸點產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)變相應(yīng)的數(shù)據(jù)與用戶進(jìn)行交互［1］。

1　系統(tǒng)方案設(shè)計

旋漿式流速儀測算器的原理是由機械干簧式繼電器觸點產(chǎn)生的通斷信號，經(jīng)檢測轉(zhuǎn)換電路將通斷信號轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過濾波、去抖動后轉(zhuǎn)化為可被單片機識別的脈沖序列，最后輸入I/O端口。其流程圖如圖1所示：

圖1　系統(tǒng)流程圖

根據(jù)檢測到的實時信號周期，單片機進(jìn)行濾波，同時記錄給定時間獲取的信號個數(shù)。因此，水流速度=水力螺距系統(tǒng)×信號總數(shù)/測流歷時×轉(zhuǎn)差率+儀器阻力系數(shù)。其中儀器阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)差率、水力螺距系統(tǒng)、測量斷面的參數(shù)均是由用戶鍵盤來根據(jù)旋漿等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

2　硬件方案設(shè)計

2.1電源電路

鋰電池重量低、體積小、方便攜帶，因此整個電路是通過兩節(jié)鋰電池組成7.8 V的直流電壓來進(jìn)行供電，鋰電池的輸出電壓一般在7.22 V至8.4 V之間，串聯(lián)20 K的限流電阻之后，加在正電壓三端穩(wěn)壓器78M05的輸入端，經(jīng)過7805穩(wěn)壓后輸出平穩(wěn)的直流電壓4.97 V至5.06 V之間給芯片74HC00D、TLC0832、STC89C58RD+和12864液晶屏等供電，使他們能夠正常工作。為了使輸入、輸出的直流電壓趨于平穩(wěn)，避免電壓的起伏損壞芯片，因此在輸入端并聯(lián)一個104大小的濾波電容，輸出端同理也是。正常工作的情況下，持續(xù)時間大概有40 h。

2.2信號采集調(diào)理電路

檢測到的信號經(jīng)過74HC00D其中一路的兩個輸入端與非門進(jìn)行與非一次，從輸出端輸出的信號再次經(jīng)過芯片的一個與非門再與非一次，信號自身經(jīng)過兩次與非后，波形變得相對平整，濾除掉了噪聲雜波，大大提高了抗干擾能力。信號經(jīng)過調(diào)理后，接入D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，通過和控制處理器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路傳送控制命令，用軟件選擇通道和配置輸入端。CS端為低電平時，方能啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng)CS端變高時，內(nèi)部所有寄存器清零。

2.3單片機系統(tǒng)電路

單片機的PB15以及PA12和PB6作為3個按鍵的輸入接口。按鍵未被按下時，對應(yīng)位則為高電平，按下則為低電平?？刂瞥绦?qū)?yīng)的判斷則來自讀取該端口的狀態(tài)。

液晶驅(qū)動和顯示模塊使用LCD12864ZD模塊，單片機PA10和PA11經(jīng)過與非門后與控制信號E相連，PA10，PA11分別與RS，RW端相連，在控制信號E下降沿或高電平時，LCD12864通過區(qū)分控制信號R/W和RS的組合形式來判別數(shù)據(jù)總線上傳送的數(shù)據(jù)以及指令。

2.4計時和計數(shù)功能的實現(xiàn)

上述信號經(jīng)調(diào)理后，當(dāng)檢測到信號時輸出一個穩(wěn)定的周期方波，然后接入到STC89C58RD+的外部計數(shù)脈沖引腳P3.2上，為了保證信號能被檢測到，輸入信號的下降沿至少要保持兩個系統(tǒng)時鐘，這樣才能確保通過單片機每當(dāng)引腳上檢測到下降沿時就計數(shù)一次，與此同時打開STC89C58RD+的定時器T0，啟動單片機自身的定時功能，利用單片機晶振自身產(chǎn)生的系統(tǒng)時鐘從檢測到外部信號計數(shù)起，開始計時。當(dāng)接收信號的同時也記錄了時間，便可以求出單位時間內(nèi)的信號個數(shù)，然后通過計算公式便可以求出用戶所想要得到的數(shù)據(jù)。

3　軟件功能設(shè)計

3.1主程序模塊

主程序中首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，讀取3個輸入按鍵的狀態(tài)并根據(jù)其電平高低進(jìn)入相應(yīng)的模式，然后設(shè)置與定時器中斷控制，各個計數(shù)器置初值等；根據(jù)其電平的高低讀取3個輸入按鍵的狀態(tài)并進(jìn)入相應(yīng)的模式。系統(tǒng)具有設(shè)置1、設(shè)置2、設(shè)置3三種工作模式。

設(shè)置1為參數(shù)預(yù)置模式，在這種模式下，用戶可利用按鍵設(shè)置流速儀的阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)差率、測量時間等相應(yīng)參數(shù)；設(shè)置2為流速儀信號采集模式，在這種模式下，單片機根據(jù)所設(shè)置的儀器參數(shù)進(jìn)行數(shù)字濾波和采集脈沖信號，同時精準(zhǔn)地記錄相應(yīng)的時間；設(shè)置3模式下，單片機計算出水流速度，并由液晶屏顯示出來［2］。

3.2信號采集程序模塊

旋漿式流速儀工作時抖動很大，因為采用的機械式觸電方式，經(jīng)過信號調(diào)理后得到的脈沖信號還必須再進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機測量采集到的第一、二個脈沖的周期，求其平均值并以此作為數(shù)字濾波器的依據(jù)，之后再讀到的一個脈沖作為計數(shù)起點并觸發(fā)定時器開始計時。

3.3數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)處理模塊對各種參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計算流速，并送flash EPROM保存。數(shù)據(jù)顯示模塊完成顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容送LCD顯示屏的功能。

［1］梁嵐珍，陳志軍，王一波.旋槳式流速儀信號檢測器［J］.自動化儀表，2003（5）:41-43.

［2］丁元杰.單片微機原理及應(yīng)用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1999: 72-151.

（編輯：王紅霖）

Rotating Paddle Flow Meter Calculations Design

Zu Siyuan，F(xiàn)eng Chen
（Sanjiang University，Nanjing Jiangsu 210012）

This system STC89C58RD+microcontroller controls the core，supplemented by peripheral circuits necessary flow meter signal detector so that the reed relay contacts can be generated into data exchange with the user，for the user to accurately determine the flow velocity and flow measurements.

single chip；flow meter；signal conversion

TU833.3

A

2095-0748（2016）13-0074-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.28

2016-05-10

祖思遠(yuǎn)（1994—），男，江蘇宿遷人，學(xué)生，研究方向：電子信息工程；馮晨（1994—），女，江蘇徐州人，學(xué)生，研究方向：電子信息工程。