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详解热式气体品质流量计从软件和硬件两个方面周全体系的设想

背景: 豫东公路交通大学专业电气自动化与小轿车工程施工职业学院 原作者:苏燕云 孙明 即日起日期时间:2019-05-02
 择要:操纵单片机作为主控器件来节制气体的品质流量及其显现,外壳接纳316L不锈钢资料的温度传感器构成的pg电子平台:热式气体品质流量计及主动控的变送器,经由进程收罗流量、A/D转换和对CPU的节制,再经由进程数码管显现等一系列硬件功效和软件功效的帮助完成,配合完成对流量丈量的节制。
       跟着迷信手艺的飞速成长,传感器的持续丈量具备其不可替换的长处。即便如许,仍须要遏制线性弥补,因为丈量的参数多,且其不变性和活络度与流量和采样旌旗灯号之间存在非线性干系。跟着科技不时地前进,弥补手艺也不时地遏制点窜与完美,丈量的精度和规模热式都使流量传感器有很大的进步,可是仍存在一些缺乏的地方,如分歧性差、流速低、热扰动小、耐侵蚀性差、价钱高、易破坏等。最近几年来热消失TMF的研讨工艺突飞大进,机能已趋于不变,受各个范畴市场的接待。可是外洋产物的价钱偏高,而国际产物机能没法到达外洋同类产物的水平。以后,国际外投入出产操纵的热式品质流量传感器全体所需本钱较高并且工艺庞杂,现将对一些工艺遏制改良,设想出一款较为简略的热式气体品质流量计。
       连系新型半导体热式流量传感器,接纳单片机来节制气体的品质流量及其显现,操纵单片机作为主控器件(AT89S51),八段数码管和74ALS164芯片作为显现电路、操纵电路按键、驱动电路、步进机电节制气体流量气体流量及主动节制器的输出节制电路构成的变送器。它能够有效地下降出产本钱和工艺庞杂水平,掩护绝对简略化,能更好地投用于出产。企业也经由进程丈量的变量来领会产物出产进程中的很是,监控出产进程中的各种参数[1],保障产物出产中的宁静性,下降很是项,进步经济效益。1新型半导体热式流量传感器设想新型热式气体品质流量计傍边很是首要的部件是两个传感器,一个是恒温功率传感器,另外一个是温度传感器。其与之前市场下流通的流量传感器对照,首要上风在于使建造工艺简略化同时又加强了不变性。
       新型半导体传感器首要由恒温功率探头和温度检测探头两局部构成。此中T1接纳西法HC-05B恒温节制器,参数为Φ5mm*4mm,当一般任务状况时,会不变在102℃状况。在一般任务状况下,气体味带走局部热量,为了使温度一向处于102℃,颠末T1的电流或电压会响应的增添。经由进程数学函数公式就能够计较出流体的质流速[2]。
       T2接纳电流型器件AD590作为温度探头[3-4],参数Φ为5mm*5mm。因为摄氏度与开尔文温度的换算干系:开尔文温度=摄氏度+273。15。其电流与开尔文温度存在的必然的函数干系,跟着温度的增添输出电流也在增添,温度每增添 1 ℃时输出电流就会增添 1 μA,而后在室温25℃ 的 时 候,它 的 输 出 电 流 Io = ( 273 + 25) =298 μA。此中传感器布局如图 1 所示。
 
传感器布局图
 
       由图 1 可知,恒温功率探头和温检探头设想嵌入到丈量杆的外面[5],如许探头没间接裸露在外与气体间接打仗,起到必然掩护元件的感化,不 会等闲被具备侵蚀性的气体侵蚀而破坏,大大下降了资料的本钱。 图 2 为流量传感器布局和丈量杆详细布局图。
 
T1 恒温功率探头支持台 资料: 四氟乙烯流量传感器布局和丈量杆详细布局图
 
       由图 2( a) 可知,这是一个支持单元,它是用来支持 T1 探头的,该布局首要用于支持和牢固T1 探头,让 T1 探头在匹敌被测气体打击的时辰起到牢固感化,防止被 T1 探头被气体打击时遭到危险破坏,下降用户的本钱。图 2( b) 是该体系的传感器外壳布局图,它的材质是 316 L 不锈钢。由 图 1 可知,可调探杆的毗连下端是安排 T1 和它支持台,温度探头 T2 安排在丈量杆正面直径为6 mm的孔中。
 2 全体体系设想
       变送器由首要硬件单片机和节制奴才体系法式的软件编程局部来构成[6-7]。对气体流量的数据搜集探头选用新型半导体材质,用单片机作为主控器件。操纵新型半导体探头传感器搜集气体流量的数据,将搜集到的数据经由进程 A /D 转换为流量旌旗灯号,再将旌旗灯号传输给 51 单片机,而后显现器由单片机遏制节制,该品质流量参数能够报酬设定,并且还能对该参数遏制判定并主动调剂。单片机体系道理图,如图 3 所示。
 
单片机体系体系道理图
 
3 体系硬件模块
       硬件模块首要包含 CPU( AT89S51) 为焦点模块、接口电路、电源设想、键盘设想、复位电路设想、A /D 变更电路和步进机电节制接口电路局部。硬件的焦点模块挑选超高性价比、市场基数大、价钱低、封装体积小、便利组装、占空间比拟小,且兼容规范 MCS-51 指令体系和芯片 80S51 引脚布局的 CPU( AT89S51) 。
3。1 显现接口电路
       为了更直观地反应体系运转成果,输出接纳LED 显现管,以 MCS-51 对 LED 的显现接口电路: 显现分为静态形式和静态形式。静态显现的功效是同时不变地显现每一个 LED 管。静态显现是指不间断地显现,人眼有着余辉效应,加上 LED 灯的余辉会令人感受它们像是同时都亮起来一样,如图 4 所示。
 
 LED 显现电路
 
3。2 电源 VCC 设想
       用 主 控 芯 片 AT89S51 的 时 钟 频 率 为 12MHZ,任务电压为 2 ~ 6 V。LM78XX 芯片有三端稳压的成果,能够构成一个很是不变的电路电源,所需的元件又较少,还具备掩护电路的感化,这是很是靠得住、便利和承担得起的,以是操纵 LM7805 稳压芯片 5V 电源电路设想。详细的 5 V 电源电路如图 5 所示。
 
 5 V 直流电源电路
 
3。3 键盘设想
       设想了 5 个键来完成操纵,有效于流量设置简直认键 S1; 用于对流量预设值设定功效的设置键 S2; 显现流量功效之间的切换,用于在设置预设值时调剂预设值的增添键 S3 和减去键 S4; 确
认按钮 S5 设置存储后操纵默许值。以上每一个按键的详细操纵是由软件来完成。
3。4 A /D 转换电路的设想
       A /D 电路的范例有两种: 一种范例间接毗连电子电路,另外一种范例能够间接毗连单片机。设想接纳 ADC0809 与单片机的接口电路毗连,见图 6。先拔取摹拟通道而后 START 引脚履行转化。开释EOC( 高等) 旌旗灯号到竣事转换。单片机履行旌旗灯号控 制逻辑电路 OE 端,读取数字量输出单片机。
 
单片机毗连图
 
3。5 节制接口电路的设想
       步进机电是一种将电脉冲转化为角位移或线性位移的响应电磁机械装备[8],同时也是一种能增添输出机械位移并输出响应数字脉冲的驱动装配,操纵步进机电具备疾速启停功效[9],只需机械上的负载不跨越其自身就能够供给静态转矩,能够用来节制其疾速启动和遏制输出脉冲,步进机电凡是用于切肯定位。机电是不是动弹的关头是有不输出脉冲,电磁阀与单片机毗连,经由进程节制器的脉冲数能够完成阀门的切确开度。操纵芯片AT89S51 单片机的时序脉冲来节制步进机电的动弹,单片机 AT89S51 芯片对三相步进机电的节制电路,如图 7 所示
 
步进机电与芯片 AT89S51 接口电路
 
4 体系编程设想
       变送器编程设想分为主法式节制体系和子法式节制体系两大局部,主法式经由进程节制子法式对PID 节制算法来节制挪用子法式完成所需任务指令,使得各个子法式彼此接洽关系起来。主法式起到了链接各个子法式的纽带感化,对存储器遏制分派、体系初始化设置、全体设想体系的节制等。按照对各子法式段的挪用,不时遏制调试,完成软件的设想功效。相干的子法式如: 流量节制、A /D 间断法式、数码管显等,总法式设想流程如图 8 所示。
 
总法式设想流程图
 
流量节制子法式中,对设定值的流量值与现实测试瞬流量值遏制误差比值,按照 PID 调理算法[9-10],得出增量式 PID 节制算法的计较公式: ΔUi =P( Δei+Iei+DΔ2ei) , ( 1) 式中: ei 为本次现实测得的流量和设定值之差;
       Δei = ei -ei-1; Δ2ei = ( ei-ei-1) -( ei-1-ei-2) = Δei- Δei-1; P 为比例系数; I 为积分系数; D 为微分系数。
输出节制变量抒发式为:
       Ui =Ui-1 +ΔUi。 ( 2)
法式的进口参数: 误差 ek、ek-1、ek-2、丈量值y、给定值 r。
本法式占用资本: A,B,R0 ~ R7,CY,F0。法式以下:
       PID1: MOV R0,#52H
       MOV R1,#49H
       LCALL FSUB
       MOV R1,#46H
       LCALL FSTR
       MOV R1,#4CH
       MOV R2,#06H
       LCALL LPDM
       MOV R0,#46H
       MOV R1,#4CH
       LCALL FMUL
       MOV R1,#4FH
       LCALL FSTR
……
设定值输出法式
       RDS: MOV R0,#30H;
       MOV R2,#7FH;
       MOV A,R2
       LOOP: MOV P1,A;
       MOV A,P1;
       ANL A,#0FH;
       MOV @ R0,A;
       INC R0;
       MOV A,R2;
       RR A;
       MOV R2,A;
       DJNZ R3,LOOP;
       RET;
 5 结 论
       连系新型半导体热式流量传感器,在拔取AT89S51 单片机的根本上,经由进程收罗流量,A /D转换和对 CPU 的节制,再经由进程数码管显现等一系列硬件功效和软件功效的帮助完成,配合完成对流量检测节制。 51 单片机的手艺绝对成熟,操纵也较之普遍,并且利用比其余单片机简略,建造本钱低、操纵简略、适用性强、掩护简略化,能更好地投用于出产。
 
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