旋漿式流速儀測算器設計

祖思遠，馮晨

（三江學院，江蘇南京210012）

旋漿式流速儀測算器設計

祖思遠，馮晨

（三江學院，江蘇南京210012）

測算器系統以STC89C58RD+單片機為控制核心，并輔以必要的外圍電路構成流速儀信號檢測器，從而將干簧式繼電器觸點產生的信號轉變為可以同用戶交換的數據，供使用者精確地測量確定水流速度和流量。

單片機；流速儀；信號轉換

引言

旋漿式流速流量儀是專門為水文站、廠礦、環保監測站、農田排灌、水文地質調查等部門在野外進行明渠流速流量測量而研制的。該儀器結構簡易、輕巧方便、耗電省、功能齊全、自動化程度高、穩定可靠，符合國家明渠流量測量標準，配置60℃高溫旋槳。測算器是流速儀中必不可少的組成部分，前者檢測后者傳送的通斷信號，經過處理以及計算后，得到水流速度與儀器轉子的額轉數間的關系，最終將干簧式繼電器觸點與機械式觸點產生的信號轉變相應的數據與用戶進行交互［1］。

1　系統方案設計

旋漿式流速儀測算器的原理是由機械干簧式繼電器觸點產生的通斷信號，經檢測轉換電路將通斷信號轉為電信號，經過濾波、去抖動后轉化為可被單片機識別的脈沖序列，最后輸入I/O端口。其流程圖如圖1所示：

圖1　系統流程圖

根據檢測到的實時信號周期，單片機進行濾波，同時記錄給定時間獲取的信號個數。因此，水流速度=水力螺距系統×信號總數/測流歷時×轉差率+儀器阻力系數。其中儀器阻力系數、轉差率、水力螺距系統、測量斷面的參數均是由用戶鍵盤來根據旋漿等參數進行設定。

2　硬件方案設計

2.1電源電路

鋰電池重量低、體積小、方便攜帶，因此整個電路是通過兩節鋰電池組成7.8 V的直流電壓來進行供電，鋰電池的輸出電壓一般在7.22 V至8.4 V之間，串聯20 K的限流電阻之后，加在正電壓三端穩壓器78M05的輸入端，經過7805穩壓后輸出平穩的直流電壓4.97 V至5.06 V之間給芯片74HC00D、TLC0832、STC89C58RD+和12864液晶屏等供電，使他們能夠正常工作。為了使輸入、輸出的直流電壓趨于平穩，避免電壓的起伏損壞芯片，因此在輸入端并聯一個104大小的濾波電容，輸出端同理也是。正常工作的情況下，持續時間大概有40 h。

2.2信號采集調理電路

檢測到的信號經過74HC00D其中一路的兩個輸入端與非門進行與非一次，從輸出端輸出的信號再次經過芯片的一個與非門再與非一次，信號自身經過兩次與非后，波形變得相對平整，濾除掉了噪聲雜波，大大提高了抗干擾能力。信號經過調理后，接入D/A轉換芯片的輸入端，通過和控制處理器相連的串行數據鏈路傳送控制命令，用軟件選擇通道和配置輸入端。CS端為低電平時，方能啟動轉換。當CS端變高時，內部所有寄存器清零。

2.3單片機系統電路

單片機的PB15以及PA12和PB6作為3個按鍵的輸入接口。按鍵未被按下時，對應位則為高電平，按下則為低電平。控制程序對應的判斷則來自讀取該端口的狀態。

液晶驅動和顯示模塊使用LCD12864ZD模塊，單片機PA10和PA11經過與非門后與控制信號E相連，PA10，PA11分別與RS，RW端相連，在控制信號E下降沿或高電平時，LCD12864通過區分控制信號R/W和RS的組合形式來判別數據總線上傳送的數據以及指令。

2.4計時和計數功能的實現

上述信號經調理后，當檢測到信號時輸出一個穩定的周期方波，然后接入到STC89C58RD+的外部計數脈沖引腳P3.2上，為了保證信號能被檢測到，輸入信號的下降沿至少要保持兩個系統時鐘，這樣才能確保通過單片機每當引腳上檢測到下降沿時就計數一次，與此同時打開STC89C58RD+的定時器T0，啟動單片機自身的定時功能，利用單片機晶振自身產生的系統時鐘從檢測到外部信號計數起，開始計時。當接收信號的同時也記錄了時間，便可以求出單位時間內的信號個數，然后通過計算公式便可以求出用戶所想要得到的數據。

3　軟件功能設計

3.1主程序模塊

主程序中首先對系統進行初始化，讀取3個輸入按鍵的狀態并根據其電平高低進入相應的模式，然后設置與定時器中斷控制，各個計數器置初值等；根據其電平的高低讀取3個輸入按鍵的狀態并進入相應的模式。系統具有設置1、設置2、設置3三種工作模式。

設置1為參數預置模式，在這種模式下，用戶可利用按鍵設置流速儀的阻力系數、轉差率、測量時間等相應參數；設置2為流速儀信號采集模式，在這種模式下，單片機根據所設置的儀器參數進行數字濾波和采集脈沖信號，同時精準地記錄相應的時間；設置3模式下，單片機計算出水流速度，并由液晶屏顯示出來［2］。

3.2信號采集程序模塊

旋漿式流速儀工作時抖動很大，因為采用的機械式觸電方式，經過信號調理后得到的脈沖信號還必須再進行數字濾波。單片機測量采集到的第一、二個脈沖的周期，求其平均值并以此作為數字濾波器的依據，之后再讀到的一個脈沖作為計數起點并觸發定時器開始計時。

3.3數據處理和數據顯示模塊

數據處理模塊對各種參數進行轉換、計算流速，并送flash EPROM保存。數據顯示模塊完成顯示緩沖區的內容送LCD顯示屏的功能。

［1］梁嵐珍，陳志軍，王一波.旋槳式流速儀信號檢測器［J］.自動化儀表，2003（5）:41-43.

［2］丁元杰.單片微機原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，1999: 72-151.

（編輯：王紅霖）

Rotating Paddle Flow Meter Calculations Design

Zu Siyuan，Feng Chen
（Sanjiang University，Nanjing Jiangsu 210012）

This system STC89C58RD+microcontroller controls the core，supplemented by peripheral circuits necessary flow meter signal detector so that the reed relay contacts can be generated into data exchange with the user，for the user to accurately determine the flow velocity and flow measurements.

single chip；flow meter；signal conversion

TU833.3

A

2095-0748（2016）13-0074-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.28

2016-05-10

祖思遠（1994—），男，江蘇宿遷人，學生，研究方向：電子信息工程；馮晨（1994—），女，江蘇徐州人，學生，研究方向：電子信息工程。