基于R单片机的流量检测系统设计

随着计算机技术和微电子器件在工业自动化生产中的广泛应用,在维修柴油机喷油器时,对流量测量的准确度和自动性要求越来越高.因此,为了自动测试柴油发动机油泵供油量和喷油器的喷油量：开发设计柴油发动机喷油器油泵全自动测试台.流量检测系统是整个开发的组成部分之一,本系统具有对试验过程流量进行实时检测功能,同时保证测试数据可靠、精度高等.本次设计的流量检测系统主要检测油体流量,系统需要对管道中的柴油的流量进行测量.根据上位机(组态王)实现人机交互控制单片机输出油路闭合状态(电磁阀控制),从而实现自动检测功能.设计主要由下位机与上位机构成,通过上位机的指令来驱使下位机工作,采集到的流量数据传回上位机后显示.介绍以RAtmega16单片机为核心,经FlomecOM004采集流量信号：通过单片机于上位机通讯,将测量结果显示于组态王软件界面.

流量检测系统的组成及流量采集原理

流量检测系统的组成

采用FlomecOM004椭圆齿轮流量计作为流量传感器：通过串口输出脉冲信号(频率范畴随测量的流量大小成线性变化),以便于作为R单片机输入信号：7通道共享1个流量计,用7支2位3通电磁阀实现各个通道与流量计间的逐一切换：各个通道均装备滤清器.

该设计的电气控制部分实质上是一套计算机测控系统.需要控制的部分为油路的启停；需要采集的信号为流量脉冲信号.通过RS485标准串口通信,可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的自动检测系统.

流量采集原理

椭圆齿轮流量计时最典型的容积式流量计,工作原理为腔内的一对相互齿合的椭圆齿轮作为转子,两个齿轮和腔内分别构成一个固定的体积,称为标准容积.小型椭圆齿轮流量计采用液体流动推动两个非常精密的椭圆转子转动的方式测量流量(图1).感应探头是检测转动的运动并把它转化为脉冲数字电信号源,它的电磁线电压输出值接近正选曲线,脉冲信号源的频率范畴随测量的流量大小成线性变化.

流量检测系统设计

系统开发设计

流量检测系统采用两级计算机通信系统实现.上位机采用通用计算机,下位机采用R单片机控制.上位机和下位机之间以串行数据传输方式进行通信.上位机通过RS-485串口向单片机发指令、单片机接收到指令后对指令进行译码.根据通信协议约定的控制方式,单片机采取一定的算法对7路油路中的电磁阀进行开闭控制,进而使相应的油路中的液体进入流量传感器中.单片机在收到来经过处理的传感器脉冲信号后进行相应的流量基计算,并将信息传给上位计算机.上位计算机在组态王软件的支持下对采集的数据进行处理,并显示在屏幕上.

系统功能简要概括为以下：

(1)系统能够响应上位机通过RS485串口的控制命令：

(2)控制7路油路的三通电磁阀打开和关闭,进行油路的选择；

(3)系统能够测量被选择的l路油路的油量：

(4)通过KS485通信输出油量的流量数值：

柴油机燃油喷射量流量参数要求

强烈的脉动流动：

流量范围宽：最小流量,3.5mL／min：最大流量,600mL／min.

测量精度高：在小流量时,分辨率要小于±0.2mL／min：在大流量时、分辨率要小于±2mL／min.

设备选型

本设计采用Atmel公司的公司高性能低功耗R单片机ATMEGAl6做为检测系统的核心.根据确定的流量检测的系统结构,选择Flomec0M004椭圆齿轮流量计作为智能传感器,它将测到的流量转换为脉冲形式的数字信号输

硬件电路设计

流量检测系统硬件电路框图如图2所

电源电路设计

电源的设计要求越来越严格,已经重电源供电上升到电源管理的高度.电源的设计是一个系统能否良好稳定工作的前提保证,电源的优劣关系到系统工作的好坏.本系统的电源其有+24V、+12V、+SV.其中+24V电源由开关电源输出,用来作为电磁阀及系统其他电源的输入.系统的+12V电源用于击打电磁的供电,它可有DC-DC变换器MC33063将+24V降压得到.控制系统的+5V电源由开关稳压电源器件LM2576对+12V电压进行降压得到,它为单片机及其接口系统提供电源.其中R49和D20放光二极管组成电源工作指示灯：为防止电源正负极反接,损坏系统,接入电源输入保护电路.如图3所示

主机(单片机)控制电路设计

主机(单片机)控制电路设计包括复位电路、晶振电路、JTAG下载接口电路设计、串行通信接口电路设计.电路如图4所示,部分电路采用R单片机推荐电路.

软件设计

流量检测系统的软件包括单片机程序和上位机运行的组态王应用程序.

单片机软件设计

流量检测系统的单片机控制系统采用模块化程序结构.根据模块化软件设计的要求将整个程序从分为如下模块.

(1)系统初始化模块：设计计数器工作模式、中断方式、I／O口初始化、寄存器初始化.

(2)组态王通讯协议模块：组态王和单片机的协议,处理来自上位机的命令.

(3)监控程序模块：控制电磁阀油路的打开和闭合

(4)命令控制模块：流量的更新和继电器处理

(5)流量信号数据采集与处理模块：采集流量信号并计算处理.

(6)串口通信模块：与上位机的通信中断怎么写作.

系统主程序设计

流量检测系统用来对油路流量进行实时监控.把测量值进行算法计算后串口通信传给上位机,同时上位机对数值进行显示并判断是否关闭阀门：并将命令通过串口回传给单片机驱使相应的阀门做出动作(如图5).

脉冲信号计算程序

传感器输出一个脉冲为一个单位体积,计算工作主要是计算单位时间内有几个脉冲输出,从而测出流速；系统采用16位定时器产生1000Hz的固定计数时钟,在OCRA计数器的比较中断里面进行数值的增加,在输入捕捉中捕获传感器脉冲.两个脉冲之间会得到以1000Hz为单位的计数个数,从而得到两个脉冲之间的时间(以秒为单位),每个脉冲的计量值是0.346mL,将其除以脉冲之间的时间(以分钟为单位),就得到了以mL／min为单位的流量值.

组态王通信协议处理程序

通信协议处理程序包括3部分：对组态王的查询命令做应答处理；组态王从单片机读取数据处理：组态王向单片机写数据处理.上位机组态王监控软件设计

本次设计中使用的是北京亚控公司开发的组态软件“组态王”,版本为“组态王6.53”作为流量测试上位机的检测软件.

组态王的通讯配置

上位机通信采用COMI,在组态王的工程浏览器中点击设备＼COMl,在右面窗口中双击新建,出现设备配置向导,设置智能模块＼单片机＼通用单片机HEX＼串口,点击下一步,逻辑设备命名为流量检测,选择COMl口：接着配置COMl口通讯参数,参数为1位起始位,8位数据位,1位结束位,0位奇偶校验位,波特率为9600bps.

流量自动检测系统组态王显示界面如N6所示.结语

本论文设计的流量检测系统,采用了单片机与计算机进行联合控制.两级计算机之间采用标准的RS-485接口的串行通信方式,这样计算机便能够将单片机采集的数据进行分析和处理,在屏幕上用组态王软件实时显示油路的流量状态,方便对系统进行实时监测.窦践证明,该系统运行稳定、窦时性好、硬件设计成本低、数据传输稳定；适合应用于工业检测中.