进口智能涡轮流量计设计与结构

一、进口智能涡轮流量计系统概述

进口智能涡轮流量计系统结构如图1所示，包括传感器、信号处理电路、AT89C2051单片机、LCD显示电路、数据存储电路和电源。信号处理电路通过放大器用于对待测信号进行放大;通过单片机设置能够对内部定时器T0的工作进行控制，这样能精确地测出加到T1引脚的单位时间内的脉冲个数;流速和流量显示部分采用串口LCD显示模块，所得的数据采用I2C总线，并通过EEPROM来存储，节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。

该设计能实时将所测的流量速度显示出来，同时也能够累计显示累计流量和分段流量。涡轮流量计能将传感器输入到单片机的脉冲信号的个数(传感器将涡轮叶片转过的个数转变成相应的脉冲信号的个数)实时地测量出来，然后通过单片机计算出流速和流量，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由串口液晶显示模块实时显示出所测流速或流量。该设计用一个按键来控制显示即时流速或累计流量或分段流量.考虑到信号的衰减、强弱等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大，然后再输入到单片机进行计算。

单片机利用定时器T1的计数功能测出输入信号的个数后，再利用单片机的算术运算功能将个数转换成速度，同时每秒进行一次流量累计，从而计算出累计流量。最后将得出的流速、分段流量值和累计流量值存储在E2PROM中，并根据按键的按下情况来显示流速或流量。为了方便计算要显示数据值的段码，可以通过查表的方式将要显示的数据值中每一位的BCD码转换成8段码送到显示缓冲区，最后经串口送至液晶显示模块以显示所测的流速或流量。速和流量值采用8位显示，流量用1个小数位，流速用2个小数位。
 

二、进口智能涡轮流量计统硬件设计

选用AT89C2051作为信号处理核心。T89C2051包含2kB的可重擦写闪存、128字节的内部RAM、15个可编程的I/O口线、2个16位定时/计数器、1个5向量两级中断结构和1个全双工的串行通信口，同时支持2种软件可选的节电工作模式[1-2]。设计中用到了AT89C2051的T0，T1定时器，以及P1端口的8个口线。于该单片机与89C51相兼容，因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便。由于AT89C2051本身固有的特点，设计时应考虑到：首先，它的程序存储器空间为2kB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其次，它没有MOVX指令，不支持外部存储器操作。此外，AT89C2051自身还有一些其他特点，譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等。

电路采用液晶显示模块LCM0825，该模块与单片机的接口电路如图2所示。

LCM0825是8位段码式液晶显示模块，它内部集成有LCD控制器、LCD驱动器和RAM，因而可方便显示数据的编程。液晶显示模块采用3～4线串行数据输入，可直接与单片机接口。由于串行接口方式节省了所需的口线和系统资源，因而使系统具有较高的资源利用率。该模块可在2.7～5.2V电压下工作，其低功耗及背光可调特性使得设计更具有经济性和通用性。LCM0825能够显示8位数据，每一个数据均以8段码的形式放在其内部显示RAM区，并用模块内RAM的2个存储地址来放置一个数据的8段码。8位数据共占用内部16个地址[3]。每一个数据位的8段码存放形式及高低地址存放段码的顺序都和表1所列的第8位数据的8段码存放格式一样，只是段码的存放地址不同。因此，编程时应考虑数据的存放地址和形式.在使用该液晶显示模块时，VCC与VLCD之间可用一个50kΩ的电位器来调整背光。

数据存储电路采用I2C总线的E2PROM存储器CAT24WC04.CAT24WC04是串行的E2PROM存储器，其存储容量为4kB，SCL为时钟线，SDA为数据线。流量数据保存在CAT24WC04，因此可保证掉电时数据不丢失。
 

三、进口智能涡轮流量计 系统软件设计

系统软件采用模块化设计方法。整个系统由系统初始化模块、信号处理模块、定时器中断模块、流量和流速计算和存储模块、显示数据处理模块、数据显示模块以及其他功能模块组成，其软件结构如图3所示。上电后，首先进入系统初始化模块，此后系统软件将开始运行，以实时地将所测数值显示在液晶模块上。

1. 涡轮脉冲输入调理电路

由于涡轮流量传感器产生的电脉冲信号有一定的噪声信号，并且电压只有几十毫伏，所以在将信号输入到DSP处理器之前进行滤波、整形和放大。

2.液晶显示

液晶选择12864点阵式液晶，它能够动态显示各种图形、汉字以及各种符号信息，为各种电子产品提供了友好的人机界面，点阵式图形液晶显示屏具有工作电压低、功耗低、可视面积大、体积小、无电磁干扰、数字接口、使用寿命长等特点。

3.RS485通信

RS485接口组成半双工网络，选择两线制与上位机电脑相连，采用屏蔽双绞线传输。通信系统整体为总线式结构，这样1台上位机最多可以和现场32台智能仪表相连。
 

四、进口智能涡轮流量计结语

基于单片机的智能涡轮流量计的设计方案中因使用了串口LCD显示模块和EEPROM储存器，不仅节省了硬件资源，提高了系统性价比，又保证了系统测量精度和实时性，具有很好的应用价值。