旋桨式流速仪信号检测器的研制

旋桨式流速仪信号检测器的研制

高速喷射速度法是用于测量明渠内水流速度的仪器。它广泛地应用于水文水资源行业,电力、地质、环保等行业亦有使用。流速仪使用时一般与流速仪信号检测器配套,后者检测前者传来的信号,经过相应的处理、计算后,确定仪器转子的转数与水流速度之间的关系,从而将机械式触点或干簧式继电器触点产生的信号转变为可以同用户交互的数据,供水文技术工作者确定水流速度和流量。本文介绍一种用P89C51RD2单片机开发的流速仪信号检测器。1温度载荷的计算旋桨式流速仪信号检测器的工作原理如图1所示。从流速仪得到的信号是由机械式触点或干簧式继电器触点产生的开、合信号。检测转换电路将该信号转换为电信号并经滤波、去抖动后变换为单片机可以识别的脉冲序列,送入单片机的I/O端口。单片机根据实时检测到的信号周期,进行数字滤波,并记录在规定的测量时间内读取到的信号数,于是,水流速度=水力螺距系统×信号总数/测流历时×转差率+仪器阻力系数,流量=水流速度×过水断面。这两个由计算得到的参数可以通过液晶显示屏实时显示;水力螺距系数、仪器阻力系数、转差率及测量断面的参数可由用户通过小键盘预先设定。2fpga了跨境显示、显示和显示模块该旋桨式流速仪信号检测器具有以下主要特点:①采用PHILIPS51系列单片机中的P89C51RD2作为数据处理芯片,其性能在完全保留80C51系列单片机的大框架基础上,在多方面进行了加强、扩展、翻新和创新。尤其是P89C51RD2片内具有flashEPROM无需再扩展外部存储器,大大地简化了硬件电路;②采用2×16图形点阵式液晶显示模块,读数清晰、直观;③通过5个按键,结合LCD显示完成参数预置、功能切换、数据保存等功能,操作简单;④检测过程中动态地显示测流历时和当前信号个数;⑤利用IAP和flash闪存技术解决了单片机中信息的动态存储,能够存储4组测量数据。用户可方便地读取、保存运算结果和查阅历史资料;⑥信号调理板设计独特,使得该仪表能够适用于水质较差(尤其是盐碱度较高)的场合。电路采用CMOS芯片设计,功耗低,适合野外测量使用。3硬件设计3.1片内ram与所内cs的程序存储选用P89C51RD2作为处理器。该芯片性能价格比高,与80C51系列单片机相比,它将原有的对外部数据和程序存储器的6位寻址机制加以利用,把片内RAM扩展到1K字节、片内FLASHEPROM扩展到64K字节,可重复10000次编程。由于非易性FLASH存储器的采用以及片内含有1K的BOOTROM固件,可实现在系统中编程(ISP)和在应用中编程(IAP)等先进技术。3.2模块1:ed14ea旋桨式流速仪信号检测器的单片机系统电路原理图如图2所示。各部分功能如下:单片机的P2.4～P2.0作为5个按键的输入接口。当某个按键按下时,对应位为低电平,反之为高电平。控制程序读取该端口的状态,从而做出相应地判断。液晶驱动与显示电路采用EDM1602A模块,其数据总线与单片机P0口相连,单片机的WR¯¯¯¯¯¯WR¯、RD¯¯¯¯¯RD¯经与非门后与控制信号E相连,RS和R/W端分别与单片机P1.4与P1.5相连,在控制信号E高电平或下降沿的作用下,EDM1602A模块通过区分控制信号RS和R/W的组合形式,来区分数据总线DB7～DB0上传送的指令和数据。流速仪上来的脉冲信号经过信号调理板后分别由P1.2和P1.3进入单片机,根据用户输入的流速仪的转差率数值,自动选择从两位中之一读取脉冲信号。R1,C1,C2,C3和SB1组成上电复位电路。SB2在ISP状态时使用。4测量速度的测量控制程序主要包括以下几个模块:①主程序模块。主程序中首先对系统进行初始化,例如液晶显示器清屏并显示上电初始化界面,设置中断控制与定时器,各个计数器置初值等;读取5个输入按键的状态并根据其电平高低进入相应的模式。系统具有mode0、mode1和mode2三种工作模式。mode0为参数预置模式,此模式下用户可以利用按键结合液晶显示器设置流速仪的转差率、阻力系数、水力螺距系数,要求测量的时间,过水断面(如矩形断面、梯形断面、U形断面和圆管断面等的长宽高,上、下底,直径)有关参数。mode1为流速仪信号采集模式,此模式下,单片机根据所设置的仪器参数进行数字滤波,采集脉冲信号并精确记录相应的历时时间。mode2为数据处理、计算模式,此模式下单片机计算出水流速度以及相应的流量,并存入flashEPROM存储器中,最多可存储四组数据。由于采用了flashEPROM存储器断电后这些数据仍能永久保持。②流速仪信号采集程序模块。旋桨式流速仪的触点是机械式的,其动作时有较大的抖动,经过信号调理板后的脉冲信号还需要进行数字滤波。单片机测量采集到的第一、二个脉冲的周期,求其平均值并以此作为数字滤波的依据,之后再读到的一个脉冲作为计数起点并触发定时器开始记时。当测量历时≥设定测量时间,并待一个完整的脉冲周期读完后停止计时结束信号采集,从而保证测量的准确度。③数据处理和数据显示模块。数据处理模块对各种参数进行转换、计算流速、流量并送flashEPROM保存。数据显示模块完成显示缓冲区的内容送LCD显示器的功能。④定时器0中断服务程序。定时器0工作于方式1,根据测量精度的要求,将定时时间设为10ms,每逢定时时间到,向CPU发出中断请求。CPU响应中断后即刷新测量历时记录。简化后的主程序流程图如图3所示。