旋浆式流速仪测算器设计

祖思远，冯晨

（三江学院，江苏南京210012）

旋浆式流速仪测算器设计

祖思远，冯晨

（三江学院，江苏南京210012）

测算器系统以STC89C58RD+单片机为控制核心，并辅以必要的外围电路构成流速仪信号检测器，从而将干簧式继电器触点产生的信号转变为可以同用户交换的数据，供使用者精确地测量确定水流速度和流量。

单片机；流速仪；信号转换

引言

旋浆式流速流量仪是专门为水文站、厂矿、环保监测站、农田排灌、水文地质调查等部门在野外进行明渠流速流量测量而研制的。该仪器结构简易、轻巧方便、耗电省、功能齐全、自动化程度高、稳定可靠，符合国家明渠流量测量标准，配置60℃高温旋桨。测算器是流速仪中必不可少的组成部分，前者检测后者传送的通断信号，经过处理以及计算后，得到水流速度与仪器转子的额转数间的关系，最终将干簧式继电器触点与机械式触点产生的信号转变相应的数据与用户进行交互［1］。

1　系统方案设计

旋浆式流速仪测算器的原理是由机械干簧式继电器触点产生的通断信号，经检测转换电路将通断信号转为电信号，经过滤波、去抖动后转化为可被单片机识别的脉冲序列，最后输入I/O端口。其流程图如图1所示：

图1　系统流程图

根据检测到的实时信号周期，单片机进行滤波，同时记录给定时间获取的信号个数。因此，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。其中仪器阻力系数、转差率、水力螺距系统、测量断面的参数均是由用户键盘来根据旋浆等参数进行设定。

2　硬件方案设计

2.1电源电路

锂电池重量低、体积小、方便携带，因此整个电路是通过两节锂电池组成7.8 V的直流电压来进行供电，锂电池的输出电压一般在7.22 V至8.4 V之间，串联20 K的限流电阻之后，加在正电压三端稳压器78M05的输入端，经过7805稳压后输出平稳的直流电压4.97 V至5.06 V之间给芯片74HC00D、TLC0832、STC89C58RD+和12864液晶屏等供电，使他们能够正常工作。为了使输入、输出的直流电压趋于平稳，避免电压的起伏损坏芯片，因此在输入端并联一个104大小的滤波电容，输出端同理也是。正常工作的情况下，持续时间大概有40 h。

2.2信号采集调理电路

检测到的信号经过74HC00D其中一路的两个输入端与非门进行与非一次，从输出端输出的信号再次经过芯片的一个与非门再与非一次，信号自身经过两次与非后，波形变得相对平整，滤除掉了噪声杂波，大大提高了抗干扰能力。信号经过调理后，接入D/A转换芯片的输入端，通过和控制处理器相连的串行数据链路传送控制命令，用软件选择通道和配置输入端。CS端为低电平时，方能启动转换。当CS端变高时，内部所有寄存器清零。

2.3单片机系统电路

单片机的PB15以及PA12和PB6作为3个按键的输入接口。按键未被按下时，对应位则为高电平，按下则为低电平。控制程序对应的判断则来自读取该端口的状态。

液晶驱动和显示模块使用LCD12864ZD模块，单片机PA10和PA11经过与非门后与控制信号E相连，PA10，PA11分别与RS，RW端相连，在控制信号E下降沿或高电平时，LCD12864通过区分控制信号R/W和RS的组合形式来判别数据总线上传送的数据以及指令。

2.4计时和计数功能的实现

上述信号经调理后，当检测到信号时输出一个稳定的周期方波，然后接入到STC89C58RD+的外部计数脉冲引脚P3.2上，为了保证信号能被检测到，输入信号的下降沿至少要保持两个系统时钟，这样才能确保通过单片机每当引脚上检测到下降沿时就计数一次，与此同时打开STC89C58RD+的定时器T0，启动单片机自身的定时功能，利用单片机晶振自身产生的系统时钟从检测到外部信号计数起，开始计时。当接收信号的同时也记录了时间，便可以求出单位时间内的信号个数，然后通过计算公式便可以求出用户所想要得到的数据。

3　软件功能设计

3.1主程序模块

主程序中首先对系统进行初始化，读取3个输入按键的状态并根据其电平高低进入相应的模式，然后设置与定时器中断控制，各个计数器置初值等；根据其电平的高低读取3个输入按键的状态并进入相应的模式。系统具有设置1、设置2、设置3三种工作模式。

设置1为参数预置模式，在这种模式下，用户可利用按键设置流速仪的阻力系数、转差率、测量时间等相应参数；设置2为流速仪信号采集模式，在这种模式下，单片机根据所设置的仪器参数进行数字滤波和采集脉冲信号，同时精准地记录相应的时间；设置3模式下，单片机计算出水流速度，并由液晶屏显示出来［2］。

3.2信号采集程序模块

旋浆式流速仪工作时抖动很大，因为采用的机械式触电方式，经过信号调理后得到的脉冲信号还必须再进行数字滤波。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器的依据，之后再读到的一个脉冲作为计数起点并触发定时器开始计时。

3.3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，并送flash EPROM保存。数据显示模块完成显示缓冲区的内容送LCD显示屏的功能。

［1］梁岚珍，陈志军，王一波.旋桨式流速仪信号检测器［J］.自动化仪表，2003（5）:41-43.

［2］丁元杰.单片微机原理及应用［M］.北京:机械工业出版社，1999: 72-151.

（编辑：王红霖）

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

祖思远（1994—），男，江苏宿迁人，学生，研究方向：电子信息工程；冯晨（1994—），女，江苏徐州人，学生，研究方向：电子信息工程。