摘 要
流量是工农业生产过程中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。
涡轮流量计是计量仪表中不可缺少的一员，随着现代计算机技术的发展而不断发展和完善。按照模块化设计方法，将系统硬件部分分为不同的功能模块分别进行设计。本着小型化的原则，本设计中采用Atmel公司的高性能、微功耗AT89C51单片机作为控制核心，完成了霍尔传感器测量电路的设计和数码管显示电路的设计，并且软件设计采用C语言编程也是考虑到了低功耗、可靠性的要求。实现了气体流量的实时测量，提高了仪表的测量精度。在外围器件选型和软件编程过程中采用低功耗设计，提高了仪表的测量精度，使流量计具有较高的可靠性。软件部分采用了模块化的编程，介绍了各模块的实现方法，最后组合起来进行调试。
关键词：涡轮转速测量；霍尔传感器；单片机C51；数码管
ABSTRACT
The .... Keywords: turbo speed measurement; Hall sensor; microcontroller the C51; digital tube.
.
目 录
第一章 绪论 …………………………………………………
1.1 课题的来源及研究意义……………………………………
1.2 国内外发展状况……………………………………………
1.3 流量计的分类及其工作原理………………………………
1.4 主要研究目标………………………………………………
1.5 研究内容……………………………………………………
第二章 涡轮流量计的原理和结构 …………………………
2.1 涡轮流量计的基本工作原理 ……………………………
2.2 涡轮流量计的结构 ………………………………………
第三章 涡轮流量计的硬件电路设计………………………
3.1 硬件电路总体设计 ………………………………………
3.2 霍尔传感器结构设计 ……………………………………
3.3 C51单片机模块设计 ……………………………………
3.4 数码管显示模块设计 ……………………………………
3.5 其他部分电路设计 ……………………………………
第四章 软件部分设计 ………………………………………
4.1 主程序设计 ………………………………………………
4.2 中断程序设计 ……………………………………………
4.3 流量检测程序设计 ………………………………………
第五章 总结……………………………………………………
参考文献 ……………………………………………………
外文资料
中文译文
致谢
第一章 绪论
1.1 课题来源及其研究意义
计量是工业生产的眼睛。涡轮机是一种速度式流量计，它由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。涡轮流量计是流量测量仪表中不可缺少的一员,随着现代计算机技术的发展而不断发展和完善。
流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济有着密切的关系。尤其在当今能源危机，工业生产自动化越来越高，能源使用浪费现象严重的时代情况下,流量计有了越来越重要的地位，受到人们越来越多的关注。涡轮流量计作为最通用的流量计,具有高精度、重复性好等特点，并且广泛运用于工农业生产，交通运输，国防建设，科学研究，对外贸易，以及人民生活的各个角落，随着计算机技术的飞速发展, 基于单片机的高速气体涡轮流量计的研究与开发认知，更有着广泛的意义和作用。
国内外发展现状
随着国内外能源的开发，尤其是天然气的大量应用，促进了气体涡轮流量计的飞速发展。目前市场上流量计可分为容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计. 涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量的仪表。
涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体。在欧洲和美国, 涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸, 压力从0.86.5MPa的气体涡轮流量计, 它们已成为优良的天然气计量仪表。目前涡轮流量计有如下特点：高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计，重复性好，无零点漂移,抗干扰能力好，范围度宽，结构紧凑。不能长期保持校准特性；流体物性对流量特性有较大影响。
1.3 流量计的分类及其工作原理
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。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。
这60多种流量仪表,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[2]。
总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。
按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。
按照目前最流行、最广泛的分类法,可分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，我们就通过这种分类方法，来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。
1.3.1 差压式流量计
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。
优点：
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长；
(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；
(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。
缺点:
(1)测量精度普遍偏低；
(2)范围度窄,一般仅3:1～4:1；
(3)现场安装条件要求高；
(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。
1.3.2 浮子流量计
浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计[5]的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。
(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险；
(2)适用于小管径和低流速；
(3)压力损失较低。
1.3.3 容积式流量计
容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。
优点:
(1)计量精度高；
(2)安装管道条件对计量精度没有影响；
(3)可用于高粘度液体的测量；
(4)范围度宽；
(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。
缺点:
(1)结果复杂,体积庞大；
(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；
(3)不适用于高、低温场合；
(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体；
1.3.4 涡轮流量计
涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。
优点:
(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计；
(2)重复性好；
(3)元零点漂移,抗干扰能力好;
(4)范围度宽；
缺点:
(1)不能长期保持校准特性；
(2)流体物性对流量特性有较大影响。
1.3.5 电磁流量计
电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。
优点:
(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等
(2) 流量范围大，口径范围宽；
(3) 不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好；
(4) 所测得体积流量实际上不受流体粘度、密度、压力、温度和电导率变化的明显影响；
(5)可应用腐蚀性流体。
缺点：
(1)不能测量电导率很低的液体，如石油制品；
(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；
(3)不能用于较高温度。
1.3.6 涡街流量计
涡街流量计是利用流体振荡原理来测量流量或流速。
优点：
(1) 精度较高；
(2)适用流体种类多；
(3)结构简单牢固；
(4)压损小；
缺点:
(1)不适用于低雷诺数测量；
(2) 仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验；
(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比)；
(4) 需较长直管段。
1.3.7 超声流量计
优点：
(1)可做非接触式测量；
(2)为无流动阻挠测量，无压力损失；
(3)可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。
缺点：
(1)超声波时差法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；
(2)多普勒法测量精度不高。
应用概况：
(1)超声波时差法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、液化天然气、烃液等；
(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验；
(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体。
1.4 主要研究目标
本课题的主要研究目标是对流量进行检测，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过A\D转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机，单片机在软件系统的控制下达到预先的设置和预期的控制要求。硬件设计突出体现了低功耗设计的思想，软件系统包括体现了本来流量计显示的详细的设计思想和方案、方法。
按照模块化设计方法,将系统硬件部分分为不同的功能模块分别进行设计。使其能够广泛应用于高压、高速及大流量的测量中。
1.5 研究内容
本文研究的是一种新型涡轮流量计。它的优点在于采用了功能强大地CPU，使得外围芯片减少，整个系统结构简单，系统稳定性高，另外系统的功耗低、速度快，这些都是本设计的考虑及实现目标。
设计出一款基于AT89C51为核心的高精度的单片机气体流量测量系统，包括硬件电路设计、软件设计和实验平台搭建等。研制方法采用模块化结构设计，各模块均自成一体，可以方便的移植到其它系统。根据设计要求硬件部分主要分四个模块，即流量传感变送模块，主控CPU智能模块，LED数码管显示模块。
第二章 涡轮流量计的原理与结构
2.1 涡轮流量计的基本原理
涡轮流量计是一种速度式流量计，它由涡轮流量传感器和流量显示仪表组成。当流量计工作时，被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的速度随着流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经过磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入流量显示仪表计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。
当流体沿着管道的轴线方向流动、并冲击涡轮叶片时，使管道内流体的力作用在叶片上，推到涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性的切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。涡轮传感器输出的脉冲信号，经前置放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的测量。
流经涡轮变送器的流体体积流量 式中f为电信号的频率Hz,与叶轮的转动频率成正比关系，k为仪表系数1/ ，为体积流量，/s。质量流量= 式中为流体密度。
2.2 涡轮流量计的结构
涡轮流量传感器主要由仪表壳体、导流器、叶轮、轴、轴承和信号检测传感器等组成。其结构图如图2-1所示
图2-1
仪表壳体 一般采用不导磁的不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）或硬质合金制成，对于大口径传感器也可用碳钢与不锈钢的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部分，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有、导流器、叶轮、轴和轴承，壳体外壁装信号检测放大器。
涡轮 亦称叶轮， 一般由高导磁材料制成（如2Cr13或Cr17Ni2等），是传感器的检测部件，它的作用是把流体动能转换为机械能。叶轮有直板叶片、螺旋叶片、和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加有一定数量叶片涡轮旋转的频率，叶轮由支架中轴承支承，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定.叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计，叶轮的动平衡很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命.
轴和轴承 通常选用不锈钢（如2Cr13、4Cr13、Cr17Ni2或1Cr18Ni9Ti等）或硬质合金制作它们组成一对运动副，支持和保证叶轮自由旋转。它需有足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题.
（4） 信号检测传感器，信号检测传感器主要由高频信号传感器，压力传感器等构成，并且附带信号的发达器 ，国内常用信号检测放大器一般采用变磁阻式，它由永久磁钢、导磁棒(铁芯)、线圈等组成。它的作用是把涡轮的机械转动信号转换成脉冲信号输出。由于永久磁钢对高导磁材料的叶片有吸引力而产生磁阻力矩，对于小口径传感器在小流量时，磁阻力矩在各种阻力矩中成为主要项，为此将永久磁钢分为大小两种规格，小口径配小规格以降低磁阻力矩。一般线圈感应得到的电信号较小，需配上前置放大器放大、整形输出幅值较大的电脉冲信号，当线圈输出信号有效值在lOmV以上的可直接配用计算机显示控制流量。
第三章 涡轮流量计的硬件电路设计
3.1 硬件电路总体设计
3.1.1 硬件总体设计思想
系统的总体设计思想是霍尔流量传感器采集到流量信息，通过变换器，转化为电信号，AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机，单片机系统根据事先的设定值对采集的信息进行处理，输出离散的控制信号。DA转换器将离散的控制信号转化为模拟电量，实现流量的正确显示。
3.1.2 硬件设计结构
流量积算仪通过计量传感器产生的脉冲数来测量流量大小。硬件设计主要由流量传感器（霍尔转速传感器）、微处理器AT89C51芯片、液晶显示等组成。该系统以AT89C51单片机为核心，配合外围器件，实现了信号采集，数据处理，现场显示等功能。
图3-1
3.2 霍尔传感器结构设计
3.2.1 霍尔传感器简介
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔于1879年研究金属的导电机时发现的。霍尔效应式转速传感器特点是可以在任意慢速下检测运动物体的速度，它的另一个重要特点是信号处理电路通常也集成在同一封装中，所以无需外加信号处理电路。
3.2.2 霍尔传感器的应用
使用霍尔传感器检测磁场的方法极为简单，将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，因霍尔器件只对垂直于霍尔片表面的磁感应强度敏感，因而必须令磁力线和器件表面垂直，则应求出其垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度，而且，霍尔元件的尺寸极小，可以进行多点检测，由计算机进行数据处理，可以得到场的分布状态，并且对狭缝，小孔中的磁场进行检测用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久的磁钢来产生工作磁场。为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。因为霍尔器件需呀工作电源，在工作运动或者位置传感时，一般令磁体随被测物体运动，将霍尔器件固定在工作的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被测信息。
画出电路图：
图3-2 电路图
3.3 AT89C51单片机模块设计
AT89C51属于MCS-51系列的单片机，在MSC-51系列中，各类单片机是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。
AT89C51有40条引脚，共分为电源线、端口线和控制线三类。
电源线（2条）
VCC为+5V电源线，GND为接地线。
二、端口线（32条）
8051共有四个并行I/O端口，每个端口都有八条端口线，用于传送数据/地址。每个端口的结构各不相同，功能和用途差别也很大。
-：这组引脚共有八条，其中为最高位，为最低位。这八条引脚有两种不同的情况之下。第一种情况是AT89C51不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，-用于传送CPU的输入/输出的数据。这时，输出数据可以得到锁存，不用需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。第二种情况是AT89C51带片外存储器，-在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。在Flash编程时P0口接收指令，而在程序校验时输出指令，要求外接上拉电阻。
-：一组内部带上拉电阻的8为准双向I/O口，这八条引脚和P0口的八条引脚类似，为最低位，为最高位。当P1口作为通用I/O使用时，-的功能和P0口的第一功能相同，也用于用户的输入/输出数据。
-：一组内部带上拉电阻的8为准双向I/O口，这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，但不像P0口那样可以传送存储器的读写数据。
-：这组引脚的第一功能和其余三个的第一功能相同。第二功能作控制用，如下表3-1：
P3口的位 第二功能 注释
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7 D
D
串行口数据接收
串行口数据发送口
外中断0输入
外中断1输入
计数器0计数输入
计数器1接收输入
外部RAM写选通信号
外部RAM读选通信号
表3-1
控制线（6条）
RST：复位端，当RST端出现持续两个周期以上的高电平时，可实现复位操作。
ALE：地址锁存允许端/编程脉冲输入端。当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存P0口分时送出的低8位地址（下降沿有效），不访问外部存储器时，该端以时钟频率的1/6输出固定的正脉冲信号，可用作外部时钟。对内部Flash存储器编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。
:片外程序存储器选择端/Flash存储器编程电源。若访问外部程序存储器则必须保持低电平，访问内部程序存储器则必须保持高电平。
:读片外程序存储器选通信号输出端。当AT89C51从外部程序存储器取指令时，该脚有效（上升沿）。每个周期均产生两次有效输出信号。
和：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。
图3-3 AT89C51
单片机控制模块主要由单片机构成，是信号处理、计算的核心，也是整个流量显示仪运行的核心部分。传感器信号输入模块是指流量信号的整形输入。流量信号需要进行整形放大处理，然后被单片机控制器的计数模块识别并计数。显示模块包括显示驱动电路及显示器。
图3-4
3.4数码管显示模块设计
3.4.1 LED数码管简介
显示电路采用LED数码管动态显示，LED是一种外加电压从而度过电流并发光的器件。LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻，并且有共阴和共阳两种。
本设计采用七段显示器的结构如图所示，发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器。阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管a～g控制七笔画的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。
图3-5 七段发光显示器管脚图
为了节省I/O口，我们采用动态显示方式
所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），显示器的亮度即与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。本设计只需5位数码管即可。5位共阴极显示器和AT89C51的接口逻辑电路如图3-5所示。AT89C51的P0口作为扫描口，P2.7、P3.0、P3.1口作为数据接口，接上数码管驱动器再接上上拉电阻，到显示器的各个段。
3.4.2 数码管驱动器74LS164
1、管脚功能：
B 1～2 数据输入
- 3～6 输出
GND 7 地
CP 8 时钟输入（低电平到高电平边沿触发）
/M/R 9 中央复位输入（低电平有效）
- 10～13 输出
VCC 14 正电源
图3-6引脚图 图3-7 逻辑符号
时钟（CP）每次由低变高时，数据右移一位，输入到，是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升沿之前保持一个时间的长度。主复位（MR）输入端的一个低电平将其他所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。
图3-8
3.5 其他部分显示电路设计
3.5.1 74LS161介绍
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数等功能。74LS161的逻辑电路图和引脚排列图如图四所示，CR是异步清零端，LD是预设数控制端，D0～D3是预置数据输入端，P和T是计数使能端，C是进位端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
图3-9
真值表如下：
输入 输出
CP EP ET
0 0 0 0 0
1 ↑ 0 d c b a d c b a
1 ↑ 1 0
1 ↑ 1 0
1 ↑ 1 1 1 状态码加1
表3-2
3.5.2数据选择器74LS153
数据选择器是从多个数据中选择一路进行输出的电路，简称MUX。
74LS153是4选1数据选择器，它有四个输入端，输出端Y和选择输入端，当输入一个值时，可选择相应的数据送入输入端。
图3-10 74ls153逻辑符号 图3-11 74LS153数据选择器真值表
3.5.3 边沿型D触发器
74LS74边沿型D触发器的输出状态仅取决于CP有效触发时输入端D的状态，如图3-12是边沿型D触发器的功能表。
图3-12
3.5.4 时钟电路
时钟电路时计算机的心脏，它控制计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHz。
AT89C51是属于CMOS 8位微处理器，且内部有个负反馈反向放大器，XTAL1、XTAL2分别为反向放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。图5为单片机时钟电路框图：图中晶振大小设定为12MHz，电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率起微调作用（C1、C2大，f变小），其典型值为30pF。
电路图：
图3-13
3.5.5 复位电路
计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST，当振荡器起振后该引脚出现2个周期以上的高电平，使器件复位，只有RST保持高电平，单片机保持复位状态，此时ALE、PDEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平，RST变为低电平后，退出复位，CPU初始状态开始工作。单片机采用复位方式是自动复位方式，在加点瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只有高电平时间足够长，就可是单片机有效复位。
电路图：
图3-14
图3-15
第四章 系统软件部分设计
4.1 主程序设计
系统软件设计是该设计的核心，控制系统软件设计的好坏直接影响到该控制系统的控制功能，该控制系统的程序主要分为三部分：主程序、流量控制程序和各中断子程序。主程序完成系统的地址分配、系统初始化和各子程序的调用
表4-1
4.2中断程序设计
进入中断服务程序共有3种类型的中断源，分别如下：
定时器中断
定时器中断根据定时时间的不同，分别设置液晶刷新标志位、温度、压力检测标志位及断电保护标志位。并设定延时判断按键是否为干扰信号。
接收中断
串口接收中断主要接收通信模块向单片机返回的字节命令。根据返回的字节，系统得到流量的相关信息，并判断通讯是否正常，然后设置标志位并执行相应的操作。
外部中断
表4-2
4.3 流量检测程序设计
软件设计的核心是频率测量，通常频率的测量方法主要有2种方法
1)直接测量法，即在一定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。
2)问接测量法，例如周期测频法、V—F转换法等。间接测频法仅适用测量低频信号。
涡轮脉冲的数量和频率是气体流量和流速的反映，本测量仪表利用AT89C51 单片机的外部电平中断方便准确的完成了采集工作，简化了外围电路，提高了可靠性。当有气体流动时，经传感器产生的脉冲信号的上升沿或下降沿引起单片机相应管脚的中断，每检测到一个上升沿或下降沿时，计数器加1，当加到仪表系数时，累计流量值增加1m3 ,同时计数器清零，根据固定时间段内检测到的脉冲数可得到瞬时流量值，其流程图见图4-3
表4-3
附 录
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
uchar t=0,yichu=0,fenpin;
sbit B153=P2^0;
sbit A153=P2^1;
sbit GATE=P2^6;
sbit CLR=P2^7;
sbit P33=P3^3;
void delay(void);
uchar table(uchar x);
void display(float f);
void cepin(void);
void panduan(void);
void main(void);
void main(void)
{
{IE=0x8a;
while(1)
panduan();
delay();
}
}
void panduan(void)
{
float zhouqi;
B153=1;
A153=1;
TMOD=0x51;
TH0=0xce;
TL0=0;
TH1=0xff;
TL1=0x9c;
TMOD=0x50;
while(yichu==0)
TCON=0;
if(yichu==1)
{
fenpin=128;
cepin();
}
else
{
yichu=0;
B153=1;
A153=0;
TH0=0xc1;
TL0=0;
TH1=0xff;
TL1=0x9c;
TCON=0x50;
while(yichu==0)
TCON=0;
if(yichu==1)
{
fenpin=16;
cepin();
}
else
{
B153=0;
A153=0;
TH0=0;
TL0=0;
t=0;
TMOD=0x09;
TR0=1;
GATE=1;
while(P33==0)
GATE=0;
while(P33==1)
TR0=0;
zhouqi=(TH0*256+t*65536+TL0)/1000000.0;
if(zhouqi<0.001)
{
fenpin=1;
B153=0;
A153=0;
cepin();
}
else
{
display((1.0/zhouqi));
}
}
}
}
void cepin(void)
{
uchar i;
float sj;
ulong js;
float f;
TMOD=0xd9;
t=0;
TH0=0;
TL0=0;
TH1=0;
TL1=0;
GATE=0;
TCON=0x50;
GATE=1;
delay();
GATE=0;
for(i=0;i<250;i++)
sj=((float)(TH0*256+65536+TL0))/1000000.0;
js=(long)TH1*256+TL1+1;
f=(js/sj)*fenpin;
display(f);
}
void t0(void) interrupt 1
{
t++;
yichu=2;
}
void t1(void) interrupt 3
{
TCON=0;
yichu=1;
TH1=0xff;
TL1=0xff;
}
void display(float f)
{
ulong x;
uchar i=0,j,a[5]={0,0,0,0,0};
if(f!=0)
{
if((f<10000)&&(f>1))
{
if(f>1000)
f=f-1;
while(f<1000)
{
f=f*10;
i++;
}
x=f*10;
a[4]=x%10;
if(a[4]>=5)
f=f+1;
x=f;
a[1]=x%10;
a[2]=(x/10)%10;
a[3]=(x/100)%10;
a[4]=(x/1000)%10;
for(j=0;j<5;j++)
{
a[j]=table(a[j]);
}
a[i+1]++;
a[0]=0;
}
else if(f>=10000)
{
while(f>=1000)
{
f=f/10;
i++;
}
x=f;
a[4]=(uchar)((float)((f-x))*10);
if(a[4]>=5)
x++;
a[2]=x%10;
a[3]=(x/10)%10;
a[4]=(x/100)%10;
a[0]=i+2;
for(j=0;j<5;j++)
{
a[j]=table(a[j]);
}
a[4]++;
a[1]=0x7c;
}
else
{
x=f*10000;
if((x%10)>=5)
x=x+10;
x=x/10;
a[1]=x%10;
a[2]=(x/10)%10;
a[3]=(x/100)%10;
a[4]=(x/100)%10;
for(j=0;j<5;j++)
{
a[j]=table(a[j]);
}
a[4]++;
a[0]=0;
}
}
for(j=0;j<5;j++)
{SBUF=a[j];
while(TI==0);
}
}
void delay(void)
{
uint i=500,j;
while(i)
{
i--;
j=250;
while(j)
{
j--;
}
}
}
uchar table(uchar x)
{uchar code n[10]={0xee,0x82,0xdc,0xd6,0xb2,0x76,0x7e,0xc2,0xfe,0xf6};
return(n[x]);
}
第五章 总结
涡轮流量传感器作为现在工业生活中测量检测的重要工具，有着广阔的前景和意义，是关系到未来经济建设的重要技术。本次课题以对流量计的结构，特点，功能入手，对涡轮流量计的工作原理，信号采集，传输协议进行了广泛的研究。
有以下成果和收获。
通过研究对当今流量计的发展，种类进行了深入研究，对当前各种主流流量计的工作原理，优缺点进行了阐述总结分类。系统的对流量计总体发展，演变，分类，以及工作原理有了深入认识。
完成了基于AT89C51单片机的涡轮流量计的软硬件设计，并对该芯片的各参数有了进行了一定的阐述和总结。并基于此芯片的功能进行设计的总体设计，硬件的结构架设。
系统的硬件设计是基于使用方便、价廉、功耗低、集成性高为基本原则。本着模块化的思想设计了以单片机AT89C51为核心的涡轮流量计的硬件电路，包括传感器数据采集及放大电路设计、液晶显示电路设计、时钟和复位电路设计等部分。各个电路之间形成了一个有机的整体。系统充分利用AT89C51单片机强大的控制功能，考虑其丰富的片上资源。电路结构紧凑，运行可靠。在对核心电路进行了仿真后，其电路实现了相应的功能。
程序设计采用模块话的思路，通过流量传感变送模块，主控CPU智能模块，LED数码管显示模块等3个模块完成了信号从采集到变送到显示模块显示的过程。每个子模块程序都有单独完成其功能并且程序简练可移植性强。
参考文献
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