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1、涡街流量计 毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文）中中文文摘摘要要采用单片机开发的流量计，具有计量精度高，功耗低、稳定可靠、成本低等特点。文中介绍了一个折线流量计的设计思路。简单介绍了其流量计量的原理、特点和发展现状。并结合当前研究和应用中的问题指出了流量计的发展趋势。主要介绍了流量计的原理组成和其软件编程方法。该流量计的硬件主要由流量传感器、8031 单片机及其接口电路等部件组成。用 8031 单片机进行数据处理和检测，并讨论在以 8031 单片机为微处理器的智能化仪表中采用一片 8155 实现智能仪表键盘/显示器。该流量计可以对工业自动化生产中的各种液体进行动态测量与计数。同时它还具有硬
2、件结构简单、读数直观、功能齐全、可靠性高等特点。关键词 传感器 涡街流量计 单片机涡街流量计 毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文）外外文文摘摘要要TitleTitle Design and development of a low-cost digital display for waterflow rate Measurements AbstractAbstractA basic requirement in the measurement of flow rate using a target fluidic flowmeter is the use of Fourier Transf
3、orm to determine the flow oscillation frequencies and from thence the flow rate. In such a flowmeter, the inlet fluid jet impinges upon a rectangular target, thereby setting up flow oscillations about the target. The oscillation frequency is directly proportional to the flow rate. A digital flow-rat
4、e display has been designed and developed to convert the signal from a fibrefilm probe of a constant temperature anemometer into direct reading of flow rate. This low-cost device is able to perform as good as a commercial dynamic signal analyzer, with the additional feature of a direct read-out of f
5、low rate.Keywords flow rate flowmeter fluid low-cost涡街流量计 目录目录前 言.1第一章 绪 论21.1 设计背景 21.1.1 流量计的发展现状及分类41.1.2 涡轮流量计的发展与分类51.1.3 单片机的概述 .61.1.4 单片机的发展 .71.1.5 单片机的特点 .81.1.6 单片机的应用 .9第二章 控制系统的整体结构及其系统原理112.1 总体方案设计 112.2 涡轮流量计系统的原理122.2.1 涡轮流量计传感器的原理 122.2.2 涡轮流量计传感器的结构 12第三章 数据处理153.1 测量数据预处理技术153.2
6、线性插值算法 153.2.1 分段插值算法程序的设计方法.173.2.2 插值法在流量测量中的应用.18涡街流量计 第四章 单片机控制系统硬件设计 204.1 单片机硬件设计 204.1.1 8031 .204.1.2 8155224.2 涡轮流量计传感器的设计 .224.3 矩阵式键盘接口技术 234.4 8 位 LED 显示器的结构及接口技术 254.4.1 LED 显示器的结构 .254.4.2 LED 显示接口技术 .264.5 控制系统中其它硬件 27第五章 控制系统软件设计 295.1 LED 显示器程序设计 295.2 矩阵式键盘接口程序 .325.3 插值法在流量计中的程序设计
7、 375.4 系统主程序 445.5 系统程序总体方案 47第六章 结论.48参考文献 49致谢 50附录 A 程序清单 51涡街流量计 附录 B 元器件清单 61涡街流量计 第 0 页前 言现在流量测量技术和仪表类型繁多，测量对象复杂多样，决定了流量测量仪表在应用技术上的复杂性。至今为止 ,可供工业用的流量仪表种类达60 种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表 .在工业自动化生产过程中，需要进行物质流量和数量测量的场合随处可见。流量是经常测量和控制的参数，流体流量的测量对于节约能源，防止大气污染集实现生产过程自动化的
8、是必不可少的。随着生产技术的发展，对流体流量和总量的测量和测试提出了越来越多，越来越高的要求，需要检测的液体的介质也越来越多，为此人们根据不同测量对象的物理性能，运用不同的物理原理和规律，设计制造了各种类型的流量仪表，并将其应用于工艺流程中配比参数、调节控制、实现工业能源计量。流量测量是研究物质量变的科学，质和量的互变规律是事物联系与发展的基本规律，因此，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡是需要掌握流体流动的地方都有流量测量的问题。我所做的涡轮流量计单片机控制系统的软硬件设计，课题的重点在于将流量传感器、测量电路和单片机有机的结合起来，然后才能发挥作用。需要我熟悉这些方面的相关知识。在
9、此期间的工作，如调查研究、查阅文献、收集材料、绘图、技术分析、程序设计、组织工作和总结撰写论文和设计说明书，在不同程度上提高了自身的各种能力。虽然在这次毕业设计过程中我认真对待每个环节，尽自己努力完善各个环节，但由于自己初次设计以及自己水平有限，设计中存在诸多不足之处，敬请各位老师给与批评指正。涡街流量计 第 1 页第一章 绪 论1 1. .1 1 设设计计背背景景人们对自然界的认识在很大程度上取决于检测和仪表。无论是在工农业生产、科学研究、国防建设领域中，还是在日常生活中都与检测有着密切的关系。具体地说，为了及时了解一个生产过程或实验进展，就必须经常测试能够表征它们特性、状态的各物理参数量，
10、如电压、电流、温度、压力、流量、液位、成分等。对这些参数的大小、变化方向等进行监督和控制，就能使生产过程或实验的工况处于最佳状态，做到安全、经济，最终达到预期的结果。检测技术则是指人们为了定性了解或定量掌握自然现象或状态所从事的一系列技术措施。仪器仪表是研究实现信息的获取、转换、传输、处理以及根据处理结果对生产系统进行控制的重要工具过程变量的自动化检测仪表是工业自动化实现的关键任何控制系统都是从生产过程运行的信息测量开始，因为只有在知道生产过程的状态和工艺参数的条件下才能进行自动控制。随着科学技术的发展，特别是在新材料、新结构的传感器结合高性能微型计算机之后，检测技术有了变革性的进步。这些新技
11、术在检测系统的准确性、快速性、可靠性和抗干扰等方面发挥了明显的作用，大大丰富了检测技术所包含的内容，扩大了检测技术的应用范围，使检测技术发展成为一门内容广泛，并建立在多种学科发展基础上的自动化技术先行学科。流量是工农业生产过程控制中的重要的测量参数之一，与温度、压力、物位同为热工量。流量测量的意义在于既可以指导生产，同时又是规范工艺操作的需要和进行经济核算的依据。由于流量这个参数受流体的工作条件影响，对其检测有相当的难度。为了满足现代工业中各种不同的场合和各种不同的测量目的，各种流量计量仪表就应运而生。流量计量是计量科学的重要组成部分之一，它与工农业生产、国防建设、科学研究以及人民生活有密切关
12、系。做好流量计的研究和开发工作，对于保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的意义。特别是在能源危机、工业生产自动化程度越来越高的当今时代，流量计在国民经济中的地位与作涡街流量计 第 2 页用更加明显。流量仪表每种产品都有它特定的适用性 ,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类 ;按测量目的又可分为总量测量和流量测量 ,其仪表分别称作总量表和流量计。流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。(1)工业生产过程流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛诮用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等
13、国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。(2)能源计量能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气） 、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺
14、少的工具。(3)环境保护工程烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21 世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等 。(4)交通运输有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有
15、涡街流量计 第 3 页之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道貌岸然运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。(5)生物技术21 世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。(6)科学实验科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100 多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。(7)海洋气象，江河湖泊这些领域为敞开流道，一般需检测流速
16、，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。1 1. .1 1. .1 1 流流量量计计的的发发展展现现状状及及分分类类流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000 年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量的大小等等。17 世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19 世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管，容积、涡轮及靶式流量计等。20 世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流
