新型智能流量积算系统的研究
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摘要
流量积算仪是智能仪表系列中的重要组成部分，它随着现代计算机技术的发展而不断发展和完善。本论文论述和设计了基于新型单片机的智能流量积算系统。本着小型化、智能化的原则，设计中采用Philips公司带下载功能的高性能P89C51RD2单片机作为控制核心；设计了LED并配以小键盘构成的便捷人机对话接口；辅以打印输出、数据存储、开关量输出；系统采用AC-DC电源模块为系统供电；构成高精度数据采集处理平台。
论文首先对智能仪表和智能流量积算仪简要介绍。第二章对流量积算仪中所需要采集的信号的测量原理和方法进行分析，并对误差、补偿分析等做出了详细介绍；第三章在功能电路中介绍了系统中的微处理器的ISP和IAP功能，特别是系统开发中的应用，其它功能电路还包括日历时钟电路、数字信号的转化、显示和键盘电路，打印和输出电路等。第四章中先介绍了程序中使用的一些数学模型和利用设置二级参数确定输入信号类型的方法；第五章中介绍了采用自顶向下的模块划分程序设计方法编制的系统软件的过程，并在章末介绍了系统调试方面出现的问题和相应的解决方案；第六章利用MCU的下载特性和网络功能，推出实现智能仪表软件的远程升级方案，通过软件设计，使得仪表有了更为广泛的应用空间，实现单表多用。综上所述，本论文设计的流量积算系统采用了稳定可靠的结构设计，充分利用MCU的硬件资源和软件的优化，使其具有优良的操作界面，高的测量精度，便于升级，集新颖性、实用性于一体。
Flow totalizer is an important component of intelligent apparatus . With the development of modern computer technology , flow totalizer develops correspondingly quickly . Aiming at being small and intelligent, we use P89C51RD2 MCU as main controller of the system, which has the ability to download programs . To provide workers a friendly interface, we design a controlling board with LEDs and a mini-keyboard;Acording to requirement .printing and data storing and switch output are also designed ; We choose AC-DC power module as the system power. So all above compose of a high precise platform.
Firstly, there is a synopsis of intelligent apparatus and flow totalizer ;In the 2nd chapter, many measuring principals and methods about flow are analyzed, corresponding compensation and errors are also analyzed;In the chapter 3, the function of ISP and the IAP in MCU, especially the application of ISP on system development is specified in detail, we also discuss other function electric circuits in this chapter, including clock/calendar circuit, input and output signal translating circuit, displaying and keys circuit, and printing output circuit. In the chapter 4, some mathematic modules are constructed , which are
rules of the system programs, we use second-grade parameters to identify input signals. Based on mathematic modules and second-grade parameters, system programs using "Top-Down" designing idea are divided into some module programs in the chapter 5, At the end of this chapter, questions and resolutions in testing are introduced; In the last chapter .application of download characteristics of MCU is used on long distance update , so the totalizer can be used in broad fields if software designed reasonably .General speaking, the intelligent flow totalizer possesses a steady structure, optimized software and hardware, an
excellent operating platform , high precise measuring methods , a convenient way to update and provides us a system with novelty as well as practicality.
论文首先对智能仪表和智能流量积算仪简要介绍。第二章对流量积算仪中所需要采集的信号的测量原理和方法进行分析，并对误差、补偿分析等做出了详细介绍；第三章在功能电路中介绍了系统中的微处理器的ISP和IAP功能，特别是系统开发中的应用，其它功能电路还包括日历时钟电路、数字信号的转化、显示和键盘电路，打印和输出电路等。第四章中先介绍了程序中使用的一些数学模型和利用设置二级参数确定输入信号类型的方法；第五章中介绍了采用自顶向下的模块划分程序设计方法编制的系统软件的过程，并在章末介绍了系统调试方面出现的问题和相应的解决方案；第六章利用MCU的下载特性和网络功能，推出实现智能仪表软件的远程升级方案，通过软件设计，使得仪表有了更为广泛的应用空间，实现单表多用。综上所述，本论文设计的流量积算系统采用了稳定可靠的结构设计，充分利用MCU的硬件资源和软件的优化，使其具有优良的操作界面，高的测量精度，便于升级，集新颖性、实用性于一体。
Flow totalizer is an important component of intelligent apparatus . With the development of modern computer technology , flow totalizer develops correspondingly quickly . Aiming at being small and intelligent, we use P89C51RD2 MCU as main controller of the system, which has the ability to download programs . To provide workers a friendly interface, we design a controlling board with LEDs and a mini-keyboard;Acording to requirement .printing and data storing and switch output are also designed ; We choose AC-DC power module as the system power. So all above compose of a high precise platform.
Firstly, there is a synopsis of intelligent apparatus and flow totalizer ;In the 2nd chapter, many measuring principals and methods about flow are analyzed, corresponding compensation and errors are also analyzed;In the chapter 3, the function of ISP and the IAP in MCU, especially the application of ISP on system development is specified in detail, we also discuss other function electric circuits in this chapter, including clock/calendar circuit, input and output signal translating circuit, displaying and keys circuit, and printing output circuit. In the chapter 4, some mathematic modules are constructed , which are
rules of the system programs, we use second-grade parameters to identify input signals. Based on mathematic modules and second-grade parameters, system programs using "Top-Down" designing idea are divided into some module programs in the chapter 5, At the end of this chapter, questions and resolutions in testing are introduced; In the last chapter .application of download characteristics of MCU is used on long distance update , so the totalizer can be used in broad fields if software designed reasonably .General speaking, the intelligent flow totalizer possesses a steady structure, optimized software and hardware, an
excellent operating platform , high precise measuring methods , a convenient way to update and provides us a system with novelty as well as practicality.
引文
[1] 徐爱钧，彭秀华．单片机高级语言C51 Windows环境编程及应用．电子工业出版社，2001
[2] 季建华，都志杰，吴勤勤．智能仪表原理、设计及调试．华东理工大学出版社，1995
[3] 吕崇德，姜学智，杨献勇，陈泽荣．热工参数测量及处理．清华大学出版社，1990年
[4] 周航慈，周立功，朱曼，饶运涛．PHILIPS 51 LPC系列单片机．北京航空航天大学出版社，2001
[5] 何立明．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术．北京航空航天大学出版社，1990
[6] 谢淑如，郑光钦，杨渝生．Protel PCB99SE电路板设计．清华大学出版社．2001
[7] 孙江宏，李良玉．Protel 99电路设计与应用．机械工业出版社．2001
[8] 朱炳兴．变送器选用与维护．化学工业出版社．2001
[9] 汤岳清，范雄，刘超胜．C语言的工程应用．电子工业出版社，1995
[10] 谭浩强．C语言设计．清华大学出版社．1991
[11] 郭观七．基于C语言的MCS-51系列单片机软件开发系统．华中理工大学出版社，1997
[12] 顾天柱，陈已康．C51交叉编译系统．复旦大学出版社，1990
[13] 鲁沐浴．C语言编程技巧及实用程序荟萃．科学出版社，1995
[14] 肖培林．用C语言开发51系列单片机高效代码．电子技术应用．1992，第2期
[15] 戴健鹏译．C语言大全(第二版)．电子工业出版社．1995
[16] 陈进．C语言程序设计技巧极其应用．上海科学技术出版社，1992
[17] 周绥平．单片机软硬件接口技术与实例．北京希望公司，1995
[18] 林钧海，田仓海，C语言高级实用编程技巧．电子工业出版社，1998
[19] 徐爱钧．智能化测量控制仪表原理与设计．北京航空航天大学出版社，1995
[20] 杨振顺．流量仪表的性能与选用．中国计量出版社，1996
[21] 焦殿科．微机流量监测系统．辽宁工学院学报．1994，第14卷第4期
[22] 杨红．微机在测量水体流量数据处理中的应用．农垦医学．2001，第23卷第4期
[23] 王淑玲，段清明，林君．液体流量控制系统的设计与应用．长春邮电学院学报．2001，第19卷第1期
[24] 李菊，顾春来．一种更精确的管道流量自动调节系统．石油机械．2000，第28卷第1期
[25] 张志荣，曾周末，钱莹．智能化流量计量系统的研究与开发．电子技术应用。2001，第2期
[26] 林伟国，李晋辉．混合型流量积算仪的设计和实现．仪器仪表学报．2001，第22卷第3期增刊。
[27] 张涛，卢皑，李刚，徐英．高性能智能流量积算仪．自动化仪表．2000
[28] 林伟国．传感器分时供电系统技术及其在低功耗混合式流量积算仪中的应用．测控技术．2002，第21卷第4期
[29] 杜齐福．机车受电弓试验系统研究．西南交通大学硕士论文．2002
[30] 何循来．日历时钟和RAM电路芯片PCF8583及应用，单片机应用技术选编(6)．
[31] 刘滨，綦声波，杨梅，马志强．P89C51RD2的BootROM与ISP功能的实现．单片机与嵌入式系统应用．第6期，2002
[32] 褚东升，刘滨，綦声波，马志强．ISP技术在智能仪器远程升级中的应用．单片机与嵌入式系统应用．第4期，2002
[33] 孙青竹，张树华，胡海燕．气体流量标准装置计算机监控系统的开发设计．测量与设备．第5期，2001
[34] 张淼，周晨．基于PIC系列单片机的智能流量积算仪．自动化仪表．第24卷第4期，2002
[35] P89C51RA2／RB2／RC2／RD2xx中文器件手册，周立功网站．
[36] P89C51Rx+／Rx2／66x系列单片机的在线编程．周立功网站．
[37] C51使用手册．周立功网站．
[38] 辛晓宁，汪滢，王淑梅．基于P89C668和串行扩展技术的智能流量积算仪，自动化仪表．2002，第23卷第9期
[39] In-circuitan &In-application programming of the 89C51Rx+／RX2／
66x microcontrollers application note. Philips Semiconductors.
[40] Atmanand, Konnur. A novel method of using a control valve for measurement and control of flow. Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, Volume: 48 Issue: 6, Dec 1999
[41] Amadi-Echendu, Hengjun Zhu. Detecting changes in the condition of process instruments. Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on,Volume: 43 Issue: 2, 18-20 May 1993
[42] Irish, NeedellMorey, Wood, Baldwin. A current meter with intelligent data system, environmental sensors and real-time telemetry. Current Measurement, 1990., Proceedings of the IEEE Fourth Working Conference on, 3-5 Apr 1990
[43] Dong Wang, Zong Hu Lin. Gas-liquid two-phase flow measurement using ESM. Experimental Thermal and Fluid Science. Volume 26 Issue 6-7, August 2002
[44] Harris, Davies, Davidson. The slot flow meter:a new device for continuous solids flow measurement. Chemical Engineering Science. Volume 52 Issue 24, Dec 1997
[45] Eckles Robort D, McDermitt Dayle K, Welles Jonathan M. Apparatus and method for analyzing gas. Environment International. Volume 21 Issue 3,1995
[46] Schnell Gotz. Measurement of Very Small Liquid Flow. Experimental Thermal and Fluid Science. Volume 15 Issue 4, Nov 1997
[47] Woodward S.W. Acoustic displacement flow meter. Flow Measurement and Instrument. Volume 8 Issue 1, Mar 1997
[48] 张伟．浅谈涡街流量传感器及其应用．化工设计通讯．2001，第27卷第4期
[49] 毛慧和．水厂流量水位监测及控制系统的研究．仪表技术．2001，第1期
[50] 贾霖．非接触式流量检测技术研究．西北大学学报(自然科学版)。1999，第29卷第2期
[51] 彭本超。微机流量定量控制系统．计算技术与自动化．2000，第19卷第4期
[2] 季建华，都志杰，吴勤勤．智能仪表原理、设计及调试．华东理工大学出版社，1995
[3] 吕崇德，姜学智，杨献勇，陈泽荣．热工参数测量及处理．清华大学出版社，1990年
[4] 周航慈，周立功，朱曼，饶运涛．PHILIPS 51 LPC系列单片机．北京航空航天大学出版社，2001
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[7] 孙江宏，李良玉．Protel 99电路设计与应用．机械工业出版社．2001
[8] 朱炳兴．变送器选用与维护．化学工业出版社．2001
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[23] 王淑玲，段清明，林君．液体流量控制系统的设计与应用．长春邮电学院学报．2001，第19卷第1期
[24] 李菊，顾春来．一种更精确的管道流量自动调节系统．石油机械．2000，第28卷第1期
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[29] 杜齐福．机车受电弓试验系统研究．西南交通大学硕士论文．2002
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[32] 褚东升，刘滨，綦声波，马志强．ISP技术在智能仪器远程升级中的应用．单片机与嵌入式系统应用．第4期，2002
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[36] P89C51Rx+／Rx2／66x系列单片机的在线编程．周立功网站．
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[39] In-circuitan &In-application programming of the 89C51Rx+／RX2／
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[40] Atmanand, Konnur. A novel method of using a control valve for measurement and control of flow. Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, Volume: 48 Issue: 6, Dec 1999
[41] Amadi-Echendu, Hengjun Zhu. Detecting changes in the condition of process instruments. Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on,Volume: 43 Issue: 2, 18-20 May 1993
[42] Irish, NeedellMorey, Wood, Baldwin. A current meter with intelligent data system, environmental sensors and real-time telemetry. Current Measurement, 1990., Proceedings of the IEEE Fourth Working Conference on, 3-5 Apr 1990
[43] Dong Wang, Zong Hu Lin. Gas-liquid two-phase flow measurement using ESM. Experimental Thermal and Fluid Science. Volume 26 Issue 6-7, August 2002
[44] Harris, Davies, Davidson. The slot flow meter:a new device for continuous solids flow measurement. Chemical Engineering Science. Volume 52 Issue 24, Dec 1997
[45] Eckles Robort D, McDermitt Dayle K, Welles Jonathan M. Apparatus and method for analyzing gas. Environment International. Volume 21 Issue 3,1995
[46] Schnell Gotz. Measurement of Very Small Liquid Flow. Experimental Thermal and Fluid Science. Volume 15 Issue 4, Nov 1997
[47] Woodward S.W. Acoustic displacement flow meter. Flow Measurement and Instrument. Volume 8 Issue 1, Mar 1997
[48] 张伟．浅谈涡街流量传感器及其应用．化工设计通讯．2001，第27卷第4期
[49] 毛慧和．水厂流量水位监测及控制系统的研究．仪表技术．2001，第1期
[50] 贾霖．非接触式流量检测技术研究．西北大学学报(自然科学版)。1999，第29卷第2期
[51] 彭本超。微机流量定量控制系统．计算技术与自动化．2000，第19卷第4期