導讀：基于單片機的渦輪流量計系統(tǒng)設計。渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領域的計量、控制系統(tǒng)。本設計流量計的硬件主要由渦輪流量傳感器、信號轉(zhuǎn)換電路、STC89C51單片機及其接口、液晶顯示等部件組成。系統(tǒng)運行可靠，成本低。系統(tǒng)通過對水流量的參量的采集，達到了水流量檢測和控制的目的，帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。 

　　關鍵詞：單片機；渦輪傳感器；液晶顯示 

　　1 輪流量計測量原理 

　　液體渦輪流量計是一種速度式流量計，如圖1所示，由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成；渦輪傳感器的工作原理是當流體流入時，沖擊渦輪葉片，便有管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應原理，在線圈內(nèi)將感應出脈動電信號。 

　　2 系統(tǒng)硬件電路設計 

　　文章是基于單片機STC89C51的液體渦輪流量計的系統(tǒng)設計，通過渦輪傳感器檢測流量信號，通過電路轉(zhuǎn)換和信號放大電路，再通過AD轉(zhuǎn)換送入單片機的P1口，通過單片機的P0口顯示，由單片機的P2口中的幾位控制LCD1602的讀寫、使能時序，通過定時器中斷給AD0809提供工作的脈沖時鐘信號，通過P2口的幾個位控制ADC0809的開始信號、使能信號。將傳感器與管道相連接對流量進行測量，傳感器輸出的電流信號為4-20mA，通過作者的設計將其轉(zhuǎn)換為0-5V的直流電壓，由AD0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過程序控制轉(zhuǎn)換為流量在LCD1602上顯示1.5-15m3/h。 

　　該系統(tǒng)的硬件電路包括電源電路為傳感器提供電源信號，流量傳感器采集液體流量信號輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn)換由單片機控制，由LCD液晶顯示實時液體流量。 

　　2.1 電源電路模塊設計 

　　渦輪流量傳感器需要外接24V的電源作為工作電壓，本設計通過將220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為24V的直流電壓，該部分包括變壓器的降壓，整流橋的整流，電容濾波，通過7824輸出24V直流電壓，如圖1所示。 

　　圖1 電源電路 

　　2.2 放大電路模塊設計 

　　渦輪傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為模擬信號為1-5V，必須通過差動放大器將其轉(zhuǎn)換為0-4V，然后再通過同相放大器轉(zhuǎn)換為0-5V，這樣才能滿足A/D轉(zhuǎn)換對電平的要求。 

　　本設計選用了兩個運放和幾個電阻，前級差動放大器的輸出電壓Uc=（Ua-Ub）*R8/R11，后一級采用同向放大器轉(zhuǎn)換為A/D輸入值Ud=Uc*（1+R14/R13），轉(zhuǎn)換電路如圖2。 

　　圖2 放大電路圖 

　　2.3 顯示模塊 

　　文章采用LCD1602作為顯示屏，由單片機的P2.0、P2.1、P2.2控制LCD的三個控制信號，LCD可以進行讀寫信號的選擇，R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；可以進行指令的讀寫，RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD的雙向數(shù)據(jù)接口與單片機的P0口相連，此時由于P0口內(nèi)部沒有電阻必須加上拉電阻。 

　　3 軟件設計 

　　由流量傳感器采集流量信息，將傳感器的輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過LM324的差動放大和同相放大電路對信號進行處理，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號離散化后傳給單片機。單片機在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對輸入的數(shù)據(jù)進行分析，向外部輸出控制信號，實現(xiàn)LCD1602實時顯示。 

　　系統(tǒng)軟件設計的主要流程是首先系統(tǒng)進行初始化讓所有的器件進行配置，傳感器對信號進行采集處理，AD轉(zhuǎn)換器將0-5V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號給單片機，通過單片機控制液晶顯示當前的流量顯示。 

　　4 調(diào)試結(jié)果 

　　4.1 仿真調(diào)試結(jié)果 

　　當流量為4mA的時候，轉(zhuǎn)換為1V電壓信號，通過放大電路轉(zhuǎn)換為0V，A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，顯示流量為1.5m3/h。 

　　當流量為20mA的時候，轉(zhuǎn)換為5V電壓信號，通過放大電路轉(zhuǎn)換為5V，A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，顯示流量為13.5m3/h。 

　　4.2 實物調(diào)試結(jié)果 

　　通過將軟件和硬件實物結(jié)合調(diào)試，傳感器外加電源，當流量傳感器輸出4mA的電流信號時，硬件調(diào)試與軟件調(diào)試結(jié)果一樣都是1.5m3/h；當流量傳感器輸出20mA的電流信號時，硬件調(diào)試12.5m3/h，與軟件的結(jié)果存在一定的差異。