基于MCU的智能流量監控系統設計

摘要:本文論述和設計了基于新型MCU的智能流量監控系統。本著(zhù)小型化、智能化的原則，設計中采用Philips公司帶下載功能的高性能P89C51RD2單片機作為控制核心;設計了LED并配以小鍵盤(pán)構成的便捷人機對話(huà)接口;輔以打印輸出、數據存儲、開(kāi)關(guān)量輸出;系統采用AC-DC電源模塊為系統供電;構成高精度數據采集處理平臺。

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，各種流動(dòng)介質(zhì)的計量問(wèn)題及流量的精確測量己成為當前工業(yè)測控系統、能源計量管理等領(lǐng)域的一個(gè)重要內容。同時(shí)在石油化工、食品醫藥、加工制造等行業(yè)也都離不開(kāi)流量計量問(wèn)題，于是流量監控就在諸多學(xué)科的共同關(guān)注下迅猛地發(fā)展起來(lái)，流量技術(shù)也吸收應用了多種多樣的科學(xué)規律和工藝手段。幾乎對于任何流體人們都可以想到測量它的方案。流量監控儀就是在這樣的背景下出現在智能儀表大家庭中的。

2流量監控系統整體方案

流量監控系統是流量計的二次儀表，它接收一次儀表、變送器的信號，進(jìn)行處理和運算，并將計算的結果由顯示、控制單元進(jìn)行顯示和累積。近年來(lái)生產(chǎn)的工業(yè)流量計都是由一次儀表、變送裝置及二次儀表構成的一個(gè)流量測量系統。流量顯示控制在流量測量系統中起著(zhù)極其重要的作用，從某種意義上講，它的質(zhì)量?jì)?yōu)劣代表了整個(gè)流量計的質(zhì)量好壞。對于流動(dòng)波動(dòng)或不斷變化的各種工業(yè)流體介質(zhì)，沒(méi)有高性能、高運算精度的流量顯示控制系統，不可能準確測量流量。

一個(gè)智能流量監控系統就是要充分利用單片機體積小、功能強大、價(jià)格便宜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)并配合一些外圍器件，通過(guò)編制合理的軟件程序完成流量高精度的控制的較先進(jìn)的一種計量系統。它可以充分利用系統的軟、硬件資源，方便完成高精度的補償運算，并根據配接的流量傳感器類(lèi)型通過(guò)良好的人機界面完成參數設置，調用不同的數學(xué)模型完成相應的控制。

流量監控系統的智能化就是要求這樣的系統容易實(shí)現與各種不同的一次儀表配用，可以根據一次儀表自動(dòng)選擇相應的數學(xué)模型進(jìn)行運算，同時(shí)考慮工況進(jìn)行補償以提高測量的精度。系統的整體設計思路:在控制系統中設置二級參數，二級參數的設置通過(guò)面板上的按鍵完成，系統的顯示和控制要以二級參數的設置自動(dòng)選擇運算公式。本文以Philips公司的P89C51RD2HBP微處理器作為核心，構成高性能流量監控系統，其系統組成如圖1所示。

3 流量監控系統信號的測量

一個(gè)完整的智能測量系統包括硬件和軟件兩部分組成，在流量監控中輸入的信號種類(lèi)比較多，一部分是流量信號，另一部分則是與流量息息相關(guān)的物理量信號，例如溫度、壓力等，這些信號直接影響流量監控的精度，特別是氣體流量的測量。因而，這里著(zhù)重介紹這些信號的采集、處理方法以及相應的補償分析。

3.1熱電偶測溫度及補償

由于在流量監控中涉及到溫度補償，所以溫度信號也是儀表的一個(gè)重要輸入信號。工程上大多采用使用廣泛的熱電偶、熱電阻以及溫度變送器來(lái)進(jìn)行溫度的測量。因而，在系統中就要對這些信號進(jìn)行相應的處理。

對于熱電偶的測量，實(shí)際上是測量熱電偶輸出的毫伏電壓信號。通過(guò)熱電偶電壓采集電路將毫伏信號采入，經(jīng)過(guò)A/D轉換后，再通過(guò)測量程序的多次修正，得到熱電偶毫伏電壓信號的數值，之后查相應的熱電偶分度表，從而得到溫度值。圖2為熱電勢采集電路。