本科毕业论文基于单片机的流量信号检测系统设计 推荐.docx

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本科毕业论文基于单片机的流量信号检测系统设计推荐

基于单片机的流量信号检测系统设计

摘要

在工业自动化中，任何控制系统都是从生产过程运行的信息测量开始的，过程变量的自动检测仪表是自动化系统革命的关键。

和温度、压力一样，流量也是生产过程中的重要变量。

流量的精确测量在节能降耗、经济核算、自动控制等方面有着广泛的应用。

涡街流量计以其自身的一系列优点己经成为流量测量仪表家庭中不可缺少的一员，在计量检测中发挥着越来越大的作用。

本文研究一种适用于微小流量信号检测的流量测量系统，该流量计是基于涡街流量计原理，即流体产生漩涡，漩涡分离产生应力，漩涡的分离频率等同于应力的变化频率，通过测量应力的周期变化知道漩涡分离频率，从而准确的反映被测液体的流速。

本文详述了涡街流量计及压电式传感器的原理，并设计了信号调理电路，处理来自压力传感器的微弱电压信号，使之能够满足单片机对输入信号的要求。

另外本文还设计了智能化单片机软硬件系统并对系统进行了功能扩展，使整个系统不仅能够准确实时地反映被测流量的大小，而且能够实现信号的远程传输，为系统的智能化远程控制提供条件。

关键词流量计；流量；单片机；卡门涡街

ThedesignmentoftheflowsignaldetectionsystembasedonSCM

Abstract

Inindustrialautomation,manycontrolsystemsbeginfromtheinformationfromtheproductionprocessoperation.Theautomaticmeasuringinstrumentoftheprocessvariableisthekeyofautomationsystemofrevolution.Likingtemperature,pressure,flowrateisanimportantvariableoftheproductionprocess.Theflowhasawideapplicationinenergyconsumption,precisemeasurement,economicaccountingandautomaticcontrol.Withitsownvortexadvantages,aflowmeterhasbecomeanindispensablememberofthefamily,whichhasaseriesofflowmeasuringdevices.Itplaysamoreandmoreimportantroleinmeasuring.

Thisarticleappliesaflowmeasurementsystem,whichisusedintheminorflowsignaldetectionoftheflowmeasurementsystem.Theflowmeterisbasedontheprincipleofvortexflowmeter.Theflowmakesthevortex.Theseparatingofthevortexmakesthestress.Thefrequencyoftheflowseparationequalsthestressfrequency.Weknowstheaccurateflowbythefrequencyoftheflowseparation,whichiscalculatedfromthethestressfrequency.

Thisarticledescribestheprincipleofvortexflowmeterandthepiezoelectricsensorsanddesignsthesingalconditioncircuit,whichprocesstheweaksignalfrompressuresensor,tomeettherequirementsoftheinputsignalchip.Additionally,thisarticlealsomicrocontrollerhardwareandsoftwaredesignofthesystemandintelligentfunctionextensionofthesystem,thesystemcannotonlyaccuratelymeasuredbyreal-timereflectthesizeofthetrafficsignal,andtorealizetheremotetransmissionsystem,intelligentremotecontroltoprovideconditions.

Keywordsflowmeter;flow;SCM;Karmanvortex

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Abstract

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第1章绪论

1.1本文的目的和意义

计量是工业生产的关键。

流量的计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。

做好这一工作，对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用。

特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。

微小流量的智能检测在工农业生产、国防建设、科学研究等领域有着重要的应用，能够解决过程控制、生产科研中的很多问题。

但是目前国内由于技术方面的限制，在微小流量测量领域，特别是对具有腐蚀性、粘稠性微小流量信号的自动检测手段还很不完善，基本属于空白。

如果能够解决这些小流量测量方面的问题并制造出产品，就能够缩短与国际同行之间的差距，为我国的科技振兴做出贡献。

由于流量是一个动态量，流量测量是一项复杂的技术。

从被测流体来说，包括气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体；从测量流体流量时的条件来说，又是多种多样的，如测量时的温度可以从高温到低温，测量时的压力可以从高压到低压；被测流量的大小可以从微小流量到大流量；被测流体的流动状态可以是层流、紊流等等。

此外就液体而言，还存在粘度大小不同等情况。

因此，为准确的测量流量，就必须研究不同流体在不同条件下的流量测量方法，并提供相应的测量仪表。

这是流量计量的主要工作之一。

由于被测流体的特性如此复杂，测量条件又各不相同，从而产生了各种不同的测量方法和测量仪表。

对流体流量的检测可以用差压流量计、电磁流量计、容积流量计、质量流量计、超声流量计或者涡街流量计等。

差压流量计应用范围广，但需要导压管，易泄漏。

电磁流量计的计量精度高，但零点稳定性差。

容积流量计的机械结构较复杂、体积庞大。

质量流量计主要用于质量流量的检测。

而涡街流量计精度较高，一般为测量值的±0.5%~±1.5%；测量范围宽，可达10：

1或20：

1；压力损失小；输出脉冲信号的频率与流量成正比；无零点漂移；在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质（密度、粘度）和组份的影响，即仪表常数仅与漩涡发生体和管道的形状尺寸有关；仪表适用性强，结构简单，安装维护方便。

鉴于这些优点，我们选择了涡街流量计进行研究。

借助现在发展比较成熟的压力传感器得到与流体的流量相对应的脉冲信号，通过放大、整形及模数转换送单片机处理，得到信号的频率值，再在压力传感器信号提供的辅助信息的帮助下，通过补偿等措施，得到最终的流量值。

我们要做的就是如何将压力传感器发出的信号进行处理，然后送到单片机，进行数学运算处理，得到所需的结果。

1.2流量检测仪表的现状

目前国外投入使用的流量计有100多种，随着工业生产的自动化、管道化的发展，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大。

据国外资料表明，在不同的工业部门中所使用的流量仪表占整个仪表总数的15~30%。

随着仪表智能化技术的发展，流量仪表的发展非常迅猛。

尽管如此，由于流量测量技术的复杂化，以及科学技术的迅速发展给流量计量提出更新更高的要求，流量计量的现况远不能满足生产的需要，还有大量的流量计量技术问题有待进一步研究解决。

流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能满足生产要求。

特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、微小流量等的检测，市场产品有待进一步发展更有效的测量手段。

目前国内已形成了相当规模的开发和制造流量仪表行业，我国现有各类仪器仪表企业6千多家，仪器仪表已经形成门类品种比较齐全，具有一定技术基础和生产规模的工业体系，成为亚洲除日本以外第二大仪器仪表生产国。

产品在微型化、集成化、智能化、总线化等发展方向上紧跟国际发展的步伐。

但我国仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平，而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。

高档、大型仪器设备几乎全部依赖进口。

近年来，我国广大科技工作者借鉴国外一些先进的自动计量技术，并结合我国国情进行改进，将先进的传感器技术与微电脑技术引入到流量计中，使得流量计向多功能、高精度、易安装、高性价比、便于集散控制的方向跨进了一步。

但目前与国外同行相比，我国流量仪表仍存在很大差距：

产品种类系列不全；产品性能指标低；高技术产品少等等，在国际上处于落后地位，不符合流量仪表未来发展方向。

所有这些给我国科技工作者提出了要求：

制出性能更强、更加符合生产需要的流量测量系统，迎头赶上国际先进水平

在流量测量仪表的市场中，占比例最大的是差压流量计（占28%），其次是电磁流量计（占19%）、容积流量计（占17%）、超声流量计（占4%）、涡街流量计（占4%）、质量流量计（占3.5%）。

近年来，涡街流量计、电磁流量计、质量流量计和超声流量计的增长速度较快。

1.3流量检测技术种类和特点

常见的流量测量方法有涡街流量测量方法、差压式流量测量方法、浮子流量测量方法、涡轮流量测量方法、电磁流量测量方法、容积式流量测量方法、质量流量测量方法和超声流量测量方法。

下面对几种常见的流量测量方法进行简要的介绍。

1.3.1涡街测量方法

涡街测量方法是在流体中安放一个非流线型漩涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的漩涡。

涡街流量计就是根据涡街测量方法设计的。

它按频率检出方式可分为：

应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

这种测量方法的主要优点是：

1．结构简单牢固；

2．适用流体种类多；

3．精度较高；

4．范围宽；

5．压损小。

这种测量方法的缺点是：

1．不适用于低雷诺数测量；

2．需较长直管段；

3．仪表系数较低（与涡轮流量计相比）；

4．仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

采用这种测量方法制造的涡街流量计是属于最年轻的一类流量计，但其发展迅速，目前已成为通用的一类流量计。

1.3.2差压测量方法

差压测量方法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。

差压式流量计就是按照差压测量方法设计的流量测量仪表，差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：

水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式等。

差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位，在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。

这种测量方法的主要优点是