智能涡街流量计的设计研究
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摘要
本论文通过对现有流量计及单片机在流量检测仪表中的应用现状的分析，结合流量计的发展趋势，设计了一种先进的智能涡街流量计，它能现场显示测试结果(包括瞬时流量、累计流量、温度、压力、电池剩余容量)，并且通过串口可与上位机通讯，实现自动抄表功能。整个系统采用微功耗设计，电源供给的总电流不超过300μA，使得一节5AH的锂电池可以持续使用2年。
智能涡街流量计系统由涡街传感器、温度传感器、压力传感器、液晶显示模块、主控制器等几个部分组成。主控制器使用单片机对各个传感器的信号进行采集、分析、计算，并进行补偿，得到所需数据，再将各种数据送到液晶显示器显示。论文重点论述了主控制器的硬件和软件的实现。在系统硬件设计中，采用了耗电少的PIC16F877单片机，各部分采用微功耗设计，并引入日历时钟，将日历时钟和流体的流量结合在一起，便于流量数据的查询。在软件方面引入各种抗干扰措施。通过试验，该智能涡街流量计系统运行可靠，流量测量准确，数据的显示清晰明了，系统数据保密性能和抗干扰能力强。
After analyzing the present situations of flowmeters, applications of single-chip computers in flow measurement meters, and the development trends of flowmeters, we've designed an advanced intelligence vortex flowmeter, which can display the results on-the-spot (includes instantaneous flow, total flow, temperature, pressure, and surplus capacity of the cell), communicate with the upper computers through the Serial Port and realize automatic copying meters. The system uses micro-work designs; the total supplied current is not beyond 300 A, which makes it possible that one 5AH Li-cell can be used about 2 years.
The intelligence vortex flowmeter system is consisted of vortex sensor, temperature sensor, pressure sensor, LCD module and master controller, etc. The master controller uses a single-chip computer to collect, analyze, compute and compensate the signals of all sensors, and gets the needed data, then displays all data via the LCD. The paper mainly expatiates the realization of hardware and software of the master controller. In the hardware designing, the system uses the lower electronic-consuming PIC16F877 single-chip computer, combined with micro-work consuming design of other parts. We also used a real time clock, which is combined with the flow of liquid, so we can make inquiry the flow data conveniently. In software programming, we have used many anti-interference methods. After several tests, it is showed that the system is reliable, flow measurement is accurate, and data's confidentiality and the system's anti-interference functions are very strong.
智能涡街流量计系统由涡街传感器、温度传感器、压力传感器、液晶显示模块、主控制器等几个部分组成。主控制器使用单片机对各个传感器的信号进行采集、分析、计算，并进行补偿，得到所需数据，再将各种数据送到液晶显示器显示。论文重点论述了主控制器的硬件和软件的实现。在系统硬件设计中，采用了耗电少的PIC16F877单片机，各部分采用微功耗设计，并引入日历时钟，将日历时钟和流体的流量结合在一起，便于流量数据的查询。在软件方面引入各种抗干扰措施。通过试验，该智能涡街流量计系统运行可靠，流量测量准确，数据的显示清晰明了，系统数据保密性能和抗干扰能力强。
After analyzing the present situations of flowmeters, applications of single-chip computers in flow measurement meters, and the development trends of flowmeters, we've designed an advanced intelligence vortex flowmeter, which can display the results on-the-spot (includes instantaneous flow, total flow, temperature, pressure, and surplus capacity of the cell), communicate with the upper computers through the Serial Port and realize automatic copying meters. The system uses micro-work designs; the total supplied current is not beyond 300 A, which makes it possible that one 5AH Li-cell can be used about 2 years.
The intelligence vortex flowmeter system is consisted of vortex sensor, temperature sensor, pressure sensor, LCD module and master controller, etc. The master controller uses a single-chip computer to collect, analyze, compute and compensate the signals of all sensors, and gets the needed data, then displays all data via the LCD. The paper mainly expatiates the realization of hardware and software of the master controller. In the hardware designing, the system uses the lower electronic-consuming PIC16F877 single-chip computer, combined with micro-work consuming design of other parts. We also used a real time clock, which is combined with the flow of liquid, so we can make inquiry the flow data conveniently. In software programming, we have used many anti-interference methods. After several tests, it is showed that the system is reliable, flow measurement is accurate, and data's confidentiality and the system's anti-interference functions are very strong.
引文
[1]陈国庆．仪器仪表行业发展与挑战．福建电脑，2002(9)：10—11
[2]张继培，刘正学．我国仪器仪表行业“十五”发展方向的探讨．世界仪表与自动化，2001，5(2)：36—40
[3]杨亲民．仪器仪表工业的发展趋势及其对材料的要求．电气时代，2001(3)：4—5
[4]梁国伟，蔡武昌．流量测量技术与仪表．北京：机械工业出版社，2002
[5]刘君华．现代捡测技术与测试系统设计．西安：西安交通大学出版社，1999
[6]王俊杰，检测技术与仪表．武汉：武汉理工大学出版社，2002．9
[7]沈钦熙、蔡武昌．从FLOMEKO2000看世界流量测量技术和仪表动态．世界仪表与自动化．2001，5(2)：22—24
[8]张虹，陈守仁，袁志鹏．国产仪器仪表的现状与展望．中国仪器仪表，1997(6)：9—10
[9]许国杰．流量计液体检定方法及应用．南炼科技．2002，9(2)：44—47
[10]张桦．智能型差动电容式涡街流量计的设计．自动化与仪器仪表．2000(6)：17—19
[11]孙向东、严义．微功耗智能涡街流量仪表的设计．测控技术．2002，21(2)：7—9
[12]蔡武昌．流量仪表若干发展趋势和应用进展．中国仪器仪表，2001(2)：46—48
[13]吴幼华．中国仪器仪表工业的现状、未来和我们的责任．中国仪器仪表工业，1999(2)：16—21
[14]王超等，高精度智能化涡街流量变送器的研究．仪器仪表学报．2000，21(4)：357—359
[15]张智霞、杨永恒、杨永彬．涡街流量仪表在使用中存在的问题及改进．中国计量．2002(2)：41
[16]唐怀璞、刘蕴华．流量仪表中仪表系数的非线性修正．自动化仪表．2000，21(11)：4—6
[17] 薛伦生，戴新生，丁尔启．智能数字式管外测温仪的设计．电工技术．2002．(2)：14—16
[18] 孙传友、孙晓斌，感测技术基础．北京：电子工业出版社，2002
[19] 梁新荣．高精度多路温度检测系统的研制．仪表技术与传感器．2001．(6)：16—17，27
[20] 吴绍琳．孙祖达编．检测与转换技术．西安：西安交大出版社．1990
[21] 朱德祥，流量仪表原理和应用．南京：华东华工学院出版社，1992
[22] 孙延祚．国际最新流量仪表及测量方法．自动化与仪表，1994，9(6)：4—6
[23] 陈守仁编．自动检测技术及仪表．北京：机械工业出版社．1989
[24] 戴昌辉，流体流动测量．北京：航空工业出版社，1991
[25] 高金山，王家桢．漩涡流量计的传感方法．自动化与仪表．1994，(3)：1—3
[26] 曹玉剑．如何选择涡街流量计及其显示仪表．电子技术(EIC)．1995，4(15)：14—16
[27] 任东．涡街流量计流量仪表常数KQ值的计算和修正．上海计量测试．1995，(6)：23—24
[28] 徐科军、汪枫．涡街流量计信号处理的软件方法．仪表技术与传感器．1995．(4)：22—25
[29] 安杰、李阳明、马龙生．流量脉冲信号输出的软件实现．电子仪表，1996(3)：15—16
[30] 谭宝强．电容式涡街流量计用于氧气计量．流量仪表．1996(11)：19—20
[31] 何东．涡街流量计流量仪表常数KQ值的计算和修正．标准计量与质量．1996(3)：33—34
[32] 李军，贺庆之．检测技术与仪表．北京：轻工业出版社，1989
[33] 林克努．流量测量仪表的发展．自动化与仪表．1994，15(2)：1—5
[34] 段铁群、王香文．液体流量仪表的发展现状及研究方向．哈尔滨电工学院学报．1996，19(4)：501—506
[35] 王兴才．涡街流量计的原理及其应用．工业仪表与自动化装置．1995(3)：38-41
[36] 关于振兴我国仪器仪表的建议．中国软科学，1995(6)：78-80
[37] 石镇山．我国仪器仪表工业水平现状及发展趋势．机电信息，1997(3)：10—13
[38] 李维諟，郭强．液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社，2000．3
[39] 安杰、马龙生、李阳明．智能流量仪表的抗干扰措施．电子与仪表，1997(1)：21—22
[40] 徐爱钧，智能化测量控制仪表原理与设计．北京：北京航空航天大学出版社，1995
[41] 李学海．PIC单片机实用教程(基础篇和提高篇)．北京：北京航空航天大学出版社，2002．2
[42] 冷安群．测试仪器市场发展趋势．测试仪器，1995(8)：2-4
[43] 王秀玲等．微计算机A／D、D／A从转换接口技术及数据采集系统设计．清华大学出版社，1984
[44] 金登男．国际仪器仪表工业的发展动态与对策．仪表技术，1998(6)：37—38
[45] 赵新民．智能仪器原理及设计．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989
[46] 陈光东，赵性初．微型计算机原理与接口技术．武汉；华中理工大学出版社，1993
[47] 马占春、饶春生．智能流量计的性能测试．计量技术．1996(9)：32—34
[48] 王家桢、王俊杰．传感器与变送器．清华大学出版社，1996
[49] 测试仪器发展指向通信．电子产品世界，2000(6)：8
[50] 孙增．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，1997
[51] 马云锋．单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计．计算机测量与控制．2002，10(4)：278—280
[52] 赵凤济．新型多功能记时记数器．电器时代．1992(12)：
[53] 李阳明、安杰、马龙生．一种智能流量仪表的设计．自动化与仪表．1996，11(1)：9—10
[54] 彭希南．跨越2000年的时钟芯片DS12887、DS12C887．电子技术，1998(8)：34—38
[55] 林国清，李见为，王崇文．一种新型的时钟日历芯片DS12C887．国外电子元器件，2002(3)：61—63
[56] Dallas DS12C887 data Book
[57] Dallas MAX1450 data Book
[58] Michalski, Andrzej, Dry calibration procedure of electromagnetic flowmeter for open channels, Conference Record-IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference v 2 1999. p1011-1016
[59] Kraft, Amy Green, Roger, Software-gated pulse-Doppler ultrasound for a DSP-based blood flowmeter, ICASSP, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing-Proceedings v 6 2000. IEEE, Piscataway, NJ, USA,00CB37100. p3598-3601
[60] Aziz, E.Kanez, Z.Barboucha, M.Maimouni, R.Staroswiecki, M., Ultrasonic flowmeter designed according to smart sensors concept, Industrial Applications in Power Systems, Computer Science and Telecommunications Proceedings of the Mediterranean Electrotechnical Conference-MELECON v 3 1996. IEEE, Piscataway, NJ, USA,96CH35884. p1371-1374
[61] Calzolai, Marco; Capineri, Lorenzo; Fort, Ada; Masotti, Leonardo; Rocchi, Santina; Scabia, Marco, 3-D PW ultrasonic Doppler flowmeter: Theory and experimental characterization, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control v 46 n 1 Jan 1999. p108-113
[62] Yiding, Wang; Shangkai, Gao, Correction of amplitude and phase deviations in ultrasound Doppler blood flowmeter, Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology-Proceedings v 2 1999. p890
[63] J.M. Mandhane, G.A. Gregory and K.Aziz, A flow pattern map for gas-liquid flow in horizontal pipes, International Journal of Multiphase Flow, 1974,1,537-553
[64] E.Ohlmer, et al., Two-phase flow identification by calibration with stochastic parameters, Paper at IUTAM Symp. On Measuring Tech. In Gas-Liquid Two Phase Flows, 1983, Nancy, France.
[65] G.Matsui, Identification of flow pattern in horizontal gas-liquid two-phase flow using differential pressure fluctuations, Int. Symp. on Fluid Control and Measurement, 1985, Tokyo, 819-822.
[66] G.Matsui, Automatic identification of flow regimes in vertical two-phase flow using differential pressure fluctuations, Nucl. Engng. Des. 1986,95,221-231.
[2]张继培，刘正学．我国仪器仪表行业“十五”发展方向的探讨．世界仪表与自动化，2001，5(2)：36—40
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[60] Aziz, E.Kanez, Z.Barboucha, M.Maimouni, R.Staroswiecki, M., Ultrasonic flowmeter designed according to smart sensors concept, Industrial Applications in Power Systems, Computer Science and Telecommunications Proceedings of the Mediterranean Electrotechnical Conference-MELECON v 3 1996. IEEE, Piscataway, NJ, USA,96CH35884. p1371-1374
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