用AT89C51設(shè)計智能流量顯示儀

摘要：采用單片機(jī)來開發(fā)計量二次儀表，具有計量精度高、功耗低、穩(wěn)定可靠、成本低等特點。文中介紹一個智能流量顯示儀表系統(tǒng)的設(shè)計思路。

    關(guān)鍵詞：補償系統(tǒng) 累計流量 瞬時流量

引言

隨著計算機(jī)的發(fā)展，工業(yè)自動化水平的提高，在油田系統(tǒng)中逐漸使用智能儀表計量油井的出油量。計算儀表精確度的高低，直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在我國現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)水平下，使用單片機(jī)開的智能流量顯示儀，作為二次開發(fā)儀表是非常適用的。該儀表計量精確且性價比極高，不僅適用于油量計算，還廣泛適用于許多氣體、液體等計量場合。

1 系統(tǒng)概述

流量測量儀表通常由流量測量（又稱一次儀表）和流量顯示（又稱二次儀表）兩大部分組成。流量顯示部分由機(jī)械表頭發(fā)展到現(xiàn)在的電子表頭。電子表頭的種類也很多，其中用單片機(jī)開發(fā)出來的、具有多功能、軟件調(diào)節(jié)非線性誤差的智能流量顯示儀，是和各種脈沖輸出的一次流量測量儀表相配套的二次儀表、它具有如下特點：

①采用了微處理技術(shù)，可靠性高；

②采用了微功耗器件，耗電低，適合于電池供電。

③可同時顯示累計流量和瞬時流量。

④采用了智能多段流量軟件補償技術(shù)，測量精度高；

⑤可以存儲流量；

    以下是它的技術(shù)性能。

①輸入信號：mV～V級脈沖信號0～1000Hz

②輸出信號：

a.累計流量顯示。采用八位浮點形式，開始顯示小數(shù)點后五位：0.00000m3；最后顯示小數(shù)點后三位：0000.000m3。

b.瞬時流量顯示。采用四位浮點形式，開始顯示小數(shù)點后兩位：00.00m3；最后顯示小數(shù)點一位：000.0m3。

③抗干擾：10～17kW電機(jī)轉(zhuǎn)動，顯示不變化。

④準(zhǔn)確度：±0.5%。

⑤流量修正范圍：在全流程范圍內(nèi)8段進(jìn)行補償修正。

⑥設(shè)累計流量值補償系數(shù)位：最多8位整數(shù)。

⑦電源：4～5V直流。

⑧總耗電：<1.0mW.

⑨帶LB欠壓指示。

⑩環(huán)境溫度：-20～70℃。

⑾相對溫度：〈85%。

⑿隔離型外殼設(shè)計。

2 硬件組成

①硬件中的核心是Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51/LV51單片機(jī)。它是一種低功耗/低電壓/高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個數(shù)KB的Fｌａｓｈ可編程／可擦除／只讀存儲器；它采用了ＣＭＯＳ工藝和Ａtmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。

②存儲流量用的存儲器是Atmel生產(chǎn)的AT24C16系列。它是一種帶閃2KB的可電擦除、可編程的只讀存儲器；通過單片機(jī)的RXD和TXD口與它的SCL和SDA分別相連，進(jìn)行讀寫操作。

③測量時，有一個1s的硬件復(fù)位電路接到RESET端，使單片機(jī)定時復(fù)位。單片機(jī)采用省電模式工作，每次輸入、累計、顯示處理后等待喚醒，這樣工作功耗非常小。設(shè)置補償系數(shù)時，復(fù)位引腳正常連接。

④輸入脈沖通過分頻、74HC393鎖存后，送入單片機(jī)的P2口。在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過程序處理后，輸出顯示信號送到P1口（數(shù)據(jù)4位，選擇信號4位）。數(shù)據(jù)中4位送入MC1543（BCD—鎖存/7段譯碼/驅(qū)動器）中，共有12個MC14543，分別控制著與累計流量8位及瞬時流量4位相連的液晶塊的顯示數(shù)據(jù)；4位選擇信號送至CD4514譯碼器（4位鎖存/4～16線譯碼器），選擇接收數(shù)據(jù)的MC14543芯片和浮動顯示的小數(shù)點位。

硬件框圖如圖1、圖2所示。

3 軟件設(shè)計

主程序框圖如圖3所示。

根據(jù)主開關(guān)的設(shè)置程序分三大部分：①正常使用即測量部分；②測量輸入頻率部分；③設(shè)置調(diào)整系數(shù)部分。具體見網(wǎng)絡(luò)補充版（http://www.dpj.com.cn）。

4 儀表使用

儀表簡圖如圖4所示。

儀表使用前，先通過專用儀表檢定設(shè)備進(jìn)行檢驗校對。開關(guān)設(shè)置在調(diào)整參數(shù)時，可使②③兩部分功能，得到調(diào)整系數(shù)。表1是一組模擬數(shù)據(jù)。

下面以表1所列數(shù)組為例說明設(shè)置補償系數(shù)的過程。

表1 

①按下投定鍵，瞬時流量位處顯示1001，此時可使用加1鍵和移位鍵，在累計流量入輸入的時脈沖數(shù)為7。

②再按下設(shè)定鍵，瞬時流量位處顯示1002，此時可使用加1鍵和移位鍵，在累計流量處輸入系數(shù)為00003765。

③按下設(shè)定鍵，瞬時流量位處顯示2001，此時可使用加1鍵和移位鍵，在累計流量處輸入的瞬時脈沖數(shù)為28。

④再按下設(shè)定鍵，瞬時流量位處顯示2002，此時可使用加1鍵和移位鍵，在累計流量入輸入的系數(shù)為00 003 420。

⑤重復(fù)①、②，直到所有的段設(shè)置完畢。最多可8段補償系數(shù)。

⑥當(dāng)設(shè)置完8段或某段的瞬時脈沖數(shù)和調(diào)整系數(shù)K都設(shè)置成0時，再按下設(shè)定鍵，則開始往AT24C16中寫入數(shù)據(jù)。

最后，將開關(guān)設(shè)置在正常位置，就可以用于現(xiàn)場測量了。儀表可顯示浮動的8位累計流量和4位瞬時流量，并且可以隨時存入流量或調(diào)出流量。

5 使用效果與改進(jìn)

本智能流量顯示儀性價比非常高且易于功能擴(kuò)展。五年多來，在現(xiàn)場測量過程中，運行可靠，測量準(zhǔn)確?，F(xiàn)在，我們已將流量報警、控制流量大小等功能加入在顯示儀中；當(dāng)流量超過設(shè)定的報警值時，能發(fā)出語音報警；當(dāng)設(shè)定流量控制參數(shù)后，可自動調(diào)節(jié)流量大小。該儀表也可以結(jié)合工業(yè)組態(tài)軟件，作為下位機(jī)來收集流量數(shù)據(jù)，送給組態(tài)服務(wù)器來處理。