基于MCU的智能流量監控系統設計

摘要:本文論述和設計了基于新型MCU的智能流量監控系統。本著小型化、智能化的原則，設計中采用Philips公司帶下載功能的高性能P89C51RD2單片機作為控制核心;設計了LED并配以小鍵盤構成的便捷人機對話接口;輔以打印輸出、數據存儲、開關量輸出;系統采用AC-DC電源模塊為系統供電;構成高精度數據采集處理平臺。

1 引言

在工業生產過程中，各種流動介質的計量問題及流量的精確測量己成為當前工業測控系統、能源計量管理等領域的一個重要內容。同時在石油化工、食品醫藥、加工制造等行業也都離不開流量計量問題，于是流量監控就在諸多學科的共同關注下迅猛地發展起來，流量技術也吸收應用了多種多樣的科學規律和工藝手段。幾乎對于任何流體人們都可以想到測量它的方案。流量監控儀就是在這樣的背景下出現在智能儀表大家庭中的。

2流量監控系統整體方案

流量監控系統是流量計的二次儀表，它接收一次儀表、變送器的信號，進行處理和運算，并將計算的結果由顯示、控制單元進行顯示和累積。近年來生產的工業流量計都是由一次儀表、變送裝置及二次儀表構成的一個流量測量系統。流量顯示控制在流量測量系統中起著極其重要的作用，從某種意義上講，它的質量優劣代表了整個流量計的質量好壞。對于流動波動或不斷變化的各種工業流體介質，沒有高性能、高運算精度的流量顯示控制系統，不可能準確測量流量。

一個智能流量監控系統就是要充分利用單片機體積小、功能強大、價格便宜、可靠性高等優點并配合一些外圍器件，通過編制合理的軟件程序完成流量高精度的控制的較先進的一種計量系統。它可以充分利用系統的軟、硬件資源，方便完成高精度的補償運算，并根據配接的流量傳感器類型通過良好的人機界面完成參數設置，調用不同的數學模型完成相應的控制。

流量監控系統的智能化就是要求這樣的系統容易實現與各種不同的一次儀表配用，可以根據一次儀表自動選擇相應的數學模型進行運算，同時考慮工況進行補償以提高測量的精度。系統的整體設計思路:在控制系統中設置二級參數，二級參數的設置通過面板上的按鍵完成，系統的顯示和控制要以二級參數的設置自動選擇運算公式。本文以Philips公司的P89C51RD2HBP微處理器作為核心，構成高性能流量監控系統，其系統組成如圖1所示。

3 流量監控系統信號的測量

一個完整的智能測量系統包括硬件和軟件兩部分組成，在流量監控中輸入的信號種類比較多，一部分是流量信號，另一部分則是與流量息息相關的物理量信號，例如溫度、壓力等，這些信號直接影響流量監控的精度，特別是氣體流量的測量。因而，這里著重介紹這些信號的采集、處理方法以及相應的補償分析。

3.1熱電偶測溫度及補償

由于在流量監控中涉及到溫度補償，所以溫度信號也是儀表的一個重要輸入信號。工程上大多采用使用廣泛的熱電偶、熱電阻以及溫度變送器來進行溫度的測量。因而，在系統中就要對這些信號進行相應的處理。

對于熱電偶的測量，實際上是測量熱電偶輸出的毫伏電壓信號。通過熱電偶電壓采集電路將毫伏信號采入，經過A/D轉換后，再通過測量程序的多次修正，得到熱電偶毫伏電壓信號的數值，之后查相應的熱電偶分度表，從而得到溫度值。圖2為熱電勢采集電路。