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1、1 引言引言随着现代工业自动化水平的不断提高，在很多情况下需要集中监测多个流量点，如在石油注水开采过程中，为了保持开采效果、保护地下环境及随后分析注水数据，需要对注水量进行监测，在油田系统中逐渐使用智能仪表来计量油井的出油量。计量仪表精确度的高低直接影响企业的经济效益。目前，我国的流量计起步晚，起点低，还比较落后。使用单片机开发的流量计作为二次仪表是非常适用的，对油田自动化有很大的促进。2 系统原理系统原理就整体结构而言，流量计主要由涡街流量传感器、前置放大器、计数显示单元组成。涡街流量传感器主要由漩涡发生体、漩涡频率检测器和壳体构成，其作用是产生稳定和强烈的漩涡，并检出产生漩涡的频率和输出与
2、漩涡频率成正比的电信号。漩涡发生体是涡街流量计的重要元件，为了产生强烈和稳定的涡街，并在较宽的管道雷诺数范围内具有恒定的斯特劳哈尔数以保证仪表的线性输出，漩涡发生体必须有一定的形状、结构和尺寸比例，这要通过实践来确定。就一般情况来说，由于检测元件输出的信号比较微弱且含有噪声，所以各种检测方式的前置放大器还应包括放大、滤波、整形等部分，合起来也称为一次仪表。计数显示单元也称为流量计的二次仪表，一般由单片机系统构成流量显示仪表，它对转换器输出的信号进行计数以实现对流量的记录、存储、计算和设置等功能。另外，还要控制液晶显示器以显示其测得的瞬时流量和总流量等信息。有的流量计为了与远程计算机进行数据通信
3、，还带有通信接口，以实现动态监控。用单片机开发的仪表具有多种功能。由软件调节非线性误差的智能流量显示仪是和各种脉冲输出的一次流量测量仪表相配套的二次仪表，具有如下特点：采用微处理技术，可靠性高；采用微功耗器件，耗电少，适合电池供电；可同时显示累积流量和瞬时流量；采用智能多段流量软件补偿技术，测量精度高；可以存储流量。它的技术性能如下所述。输入信号是一次仪表的频率输入信号，与流量传感器相接，经检测、放大后得到被测介质的流量，信号频率为 0MHz1 000Hz 的脉冲信号。传感器连接电缆的长度小于 1 000m，导线电容小于 01F，电感小于 10mH，智能流量显示仪（二次仪表）放在计量间里，个计
4、量间可容纳 30 台显示仪。输出信号有 2 种：累积流量显示是 8 位浮点式，开始显示小数点后 5 位（0.000 00m3），最后显示小数点后 3 位（0 000000m3），表示仪表开始工作后的累计流量；瞬时流量显示是 4 位浮点式，开始显示小数点后 2 位（0000m3），最后显示小数点后 1 位（000Om3），表示当前的瞬时流量。抗干扰：lOkW17kW 电机转动，显示不变化。准确度：无修正时为 3左右，修正后为001。流量修正范围：在全流程范围内 8 段进行补偿修正。设置累积流量的补偿系数位：最多 8 位整数。电源：4V5V 直流。总耗电：10mW。带 LB 欠压指示。环境温度范围
5、：-2070。相对湿度：85。隔爆型外壳。3 硬件组成硬件组成硬件中的核心是 ATMEL 公司生产的 AT89C51/LV51 型单片机，它是低功耗、低电压、高性能的 8 位单片机，片内有 1 个 4K 字节的 Flash 可编程和可擦除只读存储器，采用CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器技术，其输出引脚和指令系统与MSC-5l 型单片机兼容。存储流量用的存储器是 ATMEL 公司的 AT24C16 系列，它是带有 2K 字节 Flash 的可电擦除、可编程只读存储器。单片机的。RXD 口和 TXD 口分别与它的 SCI和 SDA 相连，进行读写操作。测量时，用 1 个 1
6、s 的硬件复位电路接到。RE-SET 端，使单片机定时复位。单片机以省电模式工作，每次输入、累计、显示处理后等待唤醒，工作功耗非常小。设置补偿系数时，复位脚正常连接。输入脉冲通过分频和 74HC393 锁存后，送入单片机的 P2 口。在单片机内经过程序处理后，输出显示信号送到 P1 口（数据 4 位，选择信号 4 位）。数据中有 4 位送入MC14543（BCD 锁存/7 段译码/驱动动器）中，共有 12 个 MC14543，分别控制与累计流量8 位及瞬时流量 4 位相连的液晶块的显示数据，4 位选择信号送到 CD4514 型译码器（4 位锁存，4-16 线译码器），选择接收数据的 MC145
7、43 型电路和浮动显示的小数点位。硬件分为二部分：控制部分对流量信号进行处理，得到累积流量和瞬时流量的显示数据，如图 1 所示；显示部分将显示数据送到液晶显示屏，如图 2 所示。这二部分通过 10 针的插座 J1 相连。4 软件设计软件设计主程序框图如图 3 所示5 使用效果与改进使用效果与改进本智能流量显示仪用于现场测量已有 5 年多时间，运行可靠，测量准确，性价比非常高，易于功能扩展。现已加入流量报警和控制流量大小等功能。当流量超过设定的报警值时，能发出语音报警；当设定流量控制参数后，可自动调节流量大小。该仪表也可以结合工业组态软件 MCGS 或组态王，作为下位机收集流量数据，送给组态服务器进行处理。点图进入相册
