第一篇:智能化涡街流量计测量系统
智能化涡街流量计测量系统
韩丽 王式民 归柯庭
东南大学动力工程系(南京210096)
摘 要 介绍一种通过键盘输入系数修正涡街流量计非线性的方法。用MCS-51单片机进行数据处理和检测,并讨论在以8031单片机为微处理器的智能化仪表中采用一片8155实现智能仪表键盘/显示器及打印机接口的最小化硬件设计技术。
主题词 涡街 流量 非线性修正 最小化硬件接口
Abstract A method of modifying the nonlinearity of vortex-shedding meter by keying in factors is introduced.Monolithic processor MCS-51 can be used for data processing and detecting and one-chip processor 8155 can be applied to intelligent instruments with chip microprocessor 8031 for minimized hardware design for interfacing of keyboard/display and printer.Subject Headings Vortex, Flow, Nonlinear modification, Minimized hardware interface
前言
在石油、化工等生产过程中,对管道内液体和气体的流量进行测量和控制是实现生产过程自动化的重要组成部分。涡街流量计具有量程宽,无可动部件,运行可靠,维护简单,压力损失小,具有一定的计量精度等优点。[1]特别是在很宽的范围内,它的测量与介质的密度、粘度等物性参数无关,因而受到普遍欢迎。本文介绍应用MCS一51单片机设计的智能涡街流量计,对涡街流量计固有的非线性进行修正,并具有显示、打印、检测参数的种类以及数据处理等功能,从而拓宽了涡街流量计的应用范围。
工作原理
涡街流量计是基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量计。即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体(涡街流量传感器中称之为漩涡发生体),就会在其下流两侧产生两列有规律的漩涡即卡门涡街,其漩涡频率正比于来流速度:[2]
F=Stu/d
(1)
式中 F—涡街频率
d—漩涡发生体宽度
u—来流速度
St—斯特劳哈尔数
St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关。当雷诺数Re<2×104情况下,St为变数:当Re在2×104~7×106的范围内,St值基本上保持不变,这段范围为流量计的基本测量范围。
式(1)表明,当d和St为定值时,漩涡产生的频率F与流体的平均流速u成正比,利用这一特性制成了涡街流量计。由于涡街传感器所测的并不是平均流速,而大约是漩涡发生体两侧的流速。[3]对于湍流状态,不同的雷诺数下,流速分布规律是不同的。即不同的流速下具有不同的流速分布,进而说明了涡街流量传感器检测到的主要反映漩涡发生体两侧的流速与管道平均流速的关系不是唯一确定的。这说明涡街流量传感器的非线性误差是其检测机理所决定的。在实际使用时,先绘出传感器的仪表系数与频率的试验曲线f(F)。
K= f(F)=KG(F)
(2)
式中G(F)是同一口径的各台仪表相同的曲线形状(仅是位移不同)。K是平均仪表系数。在本文应用MCS一51单片机的智能涡街流量计中,通过将试验曲线形状G(F)事先固化于流量计的EPROM中,和让用户结合现场具体工况通过键盘输入K的值,实现涡街传感器的非线性修正。
硬件设计
图1是系统的硬件原理框图。
图1 硬件原理框图
根据设计要求,单片机应用系统[4]包括:(1)接受变送器送来的与流量成正比的脉冲,并对其定时、计数的电路;(2)显示器,键盘,打印机接口电路;(3)外部存储器的扩展电路;主要电路介绍如下: 1 键盘/显示器及打印机接口[5]
为使接口硬件尽可能少,设计时,仅用一片8155I/O接口芯片完成智能化仪表的键盘输入,LED输出和打印机输出的接口任务。将8155的PC口用作显示自选通和键盘扫描输出,PB口用作显示字段及小数点的输出,8031外部中断INTO用作键盘响应输入,PA口用作外接打印机的输出。如图2所示。
图2 键盘/显示器及打印机接口电路
(1)显示器接口设计
设计6位LED显示器作为仪表的显示输出。8155的PB口定义为输出口,其中低四位PB0~PB3输出显示数据的BCD码,并经74LS249 BCD译码器译码后送LED的段码端,PB4作为测量结果的小数点位经驱动器后接LED的小数点发光段;PB5作为极性控制位单独控制一个发光二极管以显示测量结果的正负。8155的PC口定义为输出口,PC0~PC5分别控制6位LED的位选通,实现动态扫描方式显示。
(2)键盘接口设计
在图2所示的键盘接口中,由6个键组成键盘。8031用外部中断INTO作为键盘状态输出。在6个键中,其中两个键定义为“加一键”和“减一键”。另外4个键分别为打印键,编程键,选项键以及复位键。按下编程键后,进入编程状态,用户输入平均仪表系数。选项键用来确定显示那种流量表达方式(如体积流量、质量流量等),键盘的列扫描信号来自于PC口输出的LED位选通信号:键盘的行输入信号由键盘是否闭合得到。没键按下,键状态为开,INTO位高电平,中断不被触发;若有键按下,键状态为闭,INTO由高点平变为低电平,中断由信号下降沿触发,从而向CPU发出中断请求。CPU响应中断后读取PC口的输出状态,判断PC0~PC5输出的低电平为即可完成键扫描和键识别。
(3)打印机接口设计
采用GP一16通用智能微型打印机,自带8039单片机。它可以把8031送来的数据以字符串、数据或图形三种方式打印出来;它与仪表的接口设计如图2所示,它的8根双向三态数据线D0~D7直接与8155的PA0~PA7相连,片选信号CS与8155的片选信号公用单片机系统译码器输出的端口地址Y7,WR和RD直接与8031的WR,RD相连,其硬件设计非常简单。外部存储器的扩展
(1)程序存储器EPROM的扩展
由于8031片内没有EPROM,故8031单片机需要外扩一片EPROM2764(8K字节)。在P0口送出的低8位地址时,地址由信号ALE的下降沿控制锁存到锁存器中,高5位由P2.0~P2.4提供,锁存器采用74LS373锁存器,控制端直接与ALE相连。则程序存储器读选通信号PSEN控制EPROM2764的输出允许端OE。
(2)数据存储器的扩展
MCS一51单片机内RAM为128个字节,因其容量不能满足设计要求,故本机扩展8K字节静态RAM6264一片。本机外扩展的RAM和EPROM电路如图3所示:
图3 外部存储器扩展
从图中可以看出EPROM2764与RAM6264的地址范围是相同的,但是它们的控制信号是不一样的。2764的选通信号是PSEN,而6264的读入或写入是靠RD或WR型号控制,所以不会产生数据冲突问题。
软件设计[6]
本机软件采用模块结构,其4个主要部分分别如下。主程序
主程序为本仪器的监测程序。在程序运行中,必须首先对系统进行初始化,清各工作单元,置计数器及标志位初值,自检指示灯,开中断,启动计数器等工作。仪器采用微型键盘和LED指示灯相配合,使仪器的各种功能清晰有序。
键盘子程序包括:扫描键盘子程序。其功能是寻找是否有键按下,输入键值程序;键值扫描程序;表驱动程序;通用显示子程序等。键值扫描子程序的功能是根据按键的位置一行行的扫描。表驱动程序是判断按键是哪种功能键。通用显示子程序的功能是将显示缓冲区中的字码转换成段码送入显示器中,显示各种字型。几乎所有程序中都要用到这一程序,因此称之为通用显示子程序,以便与显示功能块相区别。中断服务程序
仪器的测量、转换等程序均通过中断方式同主程序相连,单片机内的两个定时器计数器作为闸门使用。因为流量频率的测量很重要,所以定时器TO被用来测评,并定为高级中断。测量测频中断服务子程序流程图如图4所示。功能块程序
仪器通过键盘输入命令,可随时得到用户所需的结果,这就要用到功能程序块。功能程序块包括:显示、打印、清零等功能块。显示功能块的作用是根据用户的需要转入相应的入口参数,再经过码之转换,送至显示缓冲区中。打印程序包括打印质量流量及体积流量、瞬时流量及累计流量。使用计算子程序主要包括计算流量的程序
采用的是浮点制运算子程序,这些运算子程序可直接调用。
结
论
采用上述设计的智能化涡街流量计,可让用户结合现场具体工况,通过键盘方便地输入校正系数,完成了对涡街流量计非线性修正,拓宽了涡街流量计的应用范围。
图4 TO的中断子程序框图
参 考 文 献 戴昌辉 流体流动测量 北京:航空工业出版社,1991 2 朱德祥 流量仪表原理和应用 南京:华东华工学院出版社,1992 3 王超等 高精度智能化涡街流量变送器的研究 仪器仪表学报,2000,8 4 徐爱钧 智能化测量控制仪表原理与设计 北京:北京航空航天大学出版社,1995 5 骆德汉 智能化仪表键盘/显示器设计技术 自动化与仪表,1990,3 6 何立民 单片机应用文集 北京:北京航空航天大学出版社,1991
第二篇:涡街流量计测量压缩空气实践问题分析
涡街流量计测量压缩空气实践问题分析
涡街流量计压缩空气流量计经过实践,如下几个方面对涡街流量计的使用都有影响,应对这些问题进行分析。
(1)涡街流量计的测量范围较大,一般10:1,但测量下限受许多因素限制:Re>10000是涡街流量计工作的最基本条件,除此以外,它还受旋涡能量的限制,介质流速较低,则旋涡的强度、旋转速度也低,涡街流量计难以引起传感元件产生响应信号,旋涡频率f也小,还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应(如磁敏式一般不超过400Hz)和电路的频率限制,因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算,根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂,选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外,还要考虑电磁干扰。
(2)涡街流量计振动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振动,尤其是管道的横向振动(垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动s u r e1 7.c o m,这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感,故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时,是不宜选用的。即使是抗振性较强的电容式、超声波式,保证流体为充分发展的单向流,也是不可忽略的。(3)介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压力应力式涡街流量计不能长期使用在300℃状态下,因其绝缘阻抗会由常温下的10MΩ~100MΩ急降至1MΩ~10KΩ,输出信号也变小,导致测量特性恶化,对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中,传感器与转换器宜采用分离安装方式,以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。
第三篇:告诉你如何做涡街流量计的防雷工作
告诉你如何做涡街流量计的防雷工作
夏季多雨多雷电,除了防雨之外,另外要注意的是如何防雷电对涡街流量计的损害,下面来讲解下如果来保护好涡街流量计.雷电对涡街流量计引起的危害:
1、雷电经过电源部分侵入烧坏仪表。
2、雷电产生的同时伴随强大磁场仪表电子元件产生磁感应,瞬间生成强电压和电流,击穿绝缘烧坏仪表。
3、雷电脉冲波经过无线网络侵入流量仪烧坏通讯芯片或仪表。
防雷工作很难实施,主要存在以下问题:
1、仪表通常安装在人少去,路难走的地方。
2、热力管线很长,架空地埋的方式都有。
3、用户一般都在开发区,距离热电厂位置较远,地广人稀,架空管线相对成了雷击对象。
4、城区的供热主要是饭店,浴室等,这些地方大地相对环境污染较严重,土壤电解质浓度较高,容易被雷击。
5、仪表及仪表箱通常安装在室外。风吹雨淋,容易被锈蚀氧化,接地效果越来越差。高空架设的电线也是雷击的对象,gprs无线抄表系统,其中的远传通信容易受到雷击波的冲击引起仪表损坏。
工作中需改进的方面如下:
1、制定工作计划和管理制度,在每年的雷雨季节前对所有用户安装的涡街流量计做定期检查。
2、测量全部接地装置,应符合安全要求。若发现接地电阻值有很大变化时,应对接地系统进行全面检查,必要时可补打接地桩。
3、防雷装置各部分导体因腐蚀或其他原因引起折断、锈蚀达30%以上时,必须进行更换。
4、检查接地装置周围的土壤有无沉陷现象等。
通常采用的雷击方案:
1、外部防雷。包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等。
2、内部防雷。在需要保护设备的前端安装合适的防雷器,使设备,线路与大地形成一个有条件的等电位体。
两者相辅相成,缺一不可。外部防雷系统保护建筑物本体免受雷击,而内部防雷是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏,这是外部防雷无法保证的。防雷工作是一项持久性工作,在工作中要不断摸索和改进,提高工作效率和计量管理水平。
第四篇:南通国仪自动化仪表有限公司浅谈涡街流量计的工作原理及特点[定稿]
涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种具有国际先进水平的新型流量计。由于它具有其它流量计不可兼得的优点,自七十年代以来得到了迅速发展,据有 关资料显示,现在日本,欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升,已广泛应用于各个领域。将在未来流量仪表中占主导地位,是孔板流量计最理想的替代产品。
涡街流量传感器适用于测量过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩空气和一般气体、水和液体的质量流量和体积流量。
智能涡街流量计的特点
★结构简单而牢固,无可动部件,可靠性高,长期运行十分可靠。
★安装简单,维护十分方便。
★检测传感器不直接接触被测介质,性能稳定,寿命长。
★输出是与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移,精度高。
★测量范围宽,量程比可达1∶10。我公司产品量程比可达1:40.★压力损失较小,运行费用低,更具节能意义。
★在一定的雷诺数范围内,输出信号频率不受流体物理性质和组分变化的影响,仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关,测量流体体积流量时无需补偿,调换配件后一般无需重新标定仪表系数。
★应用范围广,蒸汽、气体、液体的流量均可测量。
南通国仪自动化仪表有限公司内部资料仅供参考
第五篇:智能化系统解决方案
智能化系统解决方案
随着基础网络、无线宽带区域网和社区信息化等重大项目建设的不断完善,信息化建设不仅给人们的工作生活带来了方便,今后更将使居民生活由“便利化”向“智能化”发展。智能化生活主要是将智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体,将各种家庭设备(如楼宇对讲系统、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化,通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络,可以实现对家庭设备的远程操控。
一、智能社区解决方案
kitozer智能社区系统采用的是星型网络结构,通过TCP/IP网络协议,使有线、无线网络控制的方式使社区局域网与互联网的完美融合,实现对智能家居系统和家电产品的管理和控制。使您在任何位置、任何时间都可以通过打电话、发短信、上网等方式控制家中的电器设备,实现远程监控。足不出户就可以享受智能社区带来的安全、时尚、简约、舒适的智能生活。
1、系统拓扑图
2、功能说明
A、数字可视对讲
1.通过TCP/IP网络传输实现点对点呼叫,通话不会占线;2.室内机之间可以实现户户通话;3.可留影留言,具有免打扰功能,可模糊房号输入.B、安防报警
1.自定义布防:如外出、在家、就寝;2.自动报警系统3.联动抓拍功能
C、信息发布
通过小区管理软件,物业管理者可以编辑如文字、图片、视频、天气等各种信息,实时的将信息发送至业主家中的智能网关上,业主可以通过智能网关提示来浏览中心服务器上的各类信息。
D、小区商城管理
通过kitozer小区管理软件建立虚拟超市,小区业主通过智能网关就可以浏览各类商品信息了。
E、远程监控
用户使用电脑网络远程登陆家庭网关,实现对家庭环境的实时监控。
F、设备自检和远程维护
实时查询网关本身信息和与各种外接设备的连接状态,确保设备正常工作;当网关出现故障时,可通过电脑直接登陆网关进行故障判断和排除。[nextpage]
3、方案特点
A、对于房地产开发商:为开发商提供楼盘升值、品牌的升值
1.产品和楼盘整合宣传,打造全数字家园理念,提升楼盘的档次,让开发商的楼盘倍受关注。
2.通过使用功能强大的全数字对讲产品,可以加深业主对楼盘的整体印象,减少物业的管理成本。
B、对于物业管理公司:为物业公司提供轻松便捷的管理
1.系统设计从物业管理公司的需求出发,提高物业管理的增值服务;大大降低系统的维护和成本;
2.系统的自动检测,故障报警功能为小区设备管理提高效率,远程诊断和维护使系统设备的售后维护量只占传统总线设备维护量的1/7;
3.简捷方便的电子通知功能和信息发布,提高物业管理工作效率;
4.数字平台为物业管理的增值服务提供了平台,充分实现了小区商业,信息服务等增值服务。
C、对于小区业主:从用户的切身利益出发,想用户所想
1.便捷的便民信息功能;人性化的留影留言功能;
2.方便实用的户户通话功能;新颖独特的远程监控功能;
3.快捷的小区商城服务;安全的家庭防盗功能
二、智能家居解决方案
kitozer智能家居系统采用无线射频控制协议,以数字智能网关为核心结合kitozer的其他产品,通过无线网络对家庭灯光、带电设备进行无线控制,可以对各设备实现单
一、情景等不同控制场景,由于采用单火线的连接方式,因此不需要对原有线路设计作出改动。
1、系统拓扑图
2、功能说明
A、数字可视对讲
1.通过TCP/IP网络传输实现点对点呼叫,通话不会占线;2.室内机之间可以实现户户通话;3.可留影留言,具有免打扰功能,可模糊房号输入.B、安防报警
1.自定义布防:如外出、在家、就寝;2.自动报警系统3.联动抓拍功能
C、灯光、电器、窗帘控制
控制方式:本地控制、电话控制、网络控制
灯光情景控制模式:如全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式等;
电器控制系统:如空调、电视机、影碟机、功放等;
窗帘控制系统
D、高级控制
1.联动控制:如回家开门后,灯光打开、窗帘开启、空调开启等联动工作。2.定时控制:如早上7.30闹钟响起,窗帘缓缓开启,音乐开始播放.3.温度控制:通过网关的温度检测实现对室内温度的控制.E、家庭娱乐
1.智能网关可直接登陆网络,浏览网页、收发E-mail;2.智能网关支持SD卡、MMC卡实时浏览图片,实现电子像册功能;3.通过网关的USB接口,可播放MP3、MP4等外部存储设备。
F、远程监控
用户使用电脑网络远程登陆家庭网关,实现对家庭环境的实时监控。
三、智能家电解决方案
kitozer智能家电控制系统是把kitozer数字智能网关结合无线/红外转发器用来控制家中的电器设备。不管处在世界的任何角落,您都可以通过手机、PDA、电话、Internet的方式远程控制家中的电器设备的运行。
1、系统拓扑图
2、功能说明
用户可以根据自己的需求自由的配置和添加家电控制节点。智能主机通过全图形化的向导提示用户如何设置和使用家电控制的功能。通过可学习的kitozer无线/红外转发模块,用户可以很方便的实现对家中电器的集中管理和电话、网络的远程控制。
kitozer的kitozer无线/红外转发模块和网关之前通过无线进行连接,因为它是通过智能学习的方式实现家电控制,所以无须对家电做任何的改装。
四、家居安全解决方案
家居安全解决方案是建立在小区局域网的平台之上,kitozer数字智能网关可以外接各种安防探测器,能够有效的防范小偷的进入,全方位监测家中安全,让您的生活无忧无虑。
1、系统拓扑图
2、功能说明
A.数字智能网关能够外接各种安防探测器(如红外、门磁);
B.如果发生警情,报警信息通过小区局域网络,发送给小区管理中心监控主机,同时自家电话报警系统会将报警信息发送给业主或相关责任人;
C.用户同时可以设定报警自动抓拍功能,同时把抓拍的照片通过电子邮件发送给用户;
D.在发生报警时智能网关将通过文字和声音提示用户哪里发生报警;
E.当您外出时,家中如有访客,可以通过留影留言功能让您了解访客的的情况。
五、智能照明解决方案
kitozer智能照明控制系统是采用kitozer数字智能网关、智能开关、智能插座、信息家电遥控器、情景遥控器结合起来对灯光照明进行控制的控制系统。系统采用无线的方式控制灯光的开和关,调节灯光的亮度,实现各种灯光情景的变换。让您享受轻松、愉悦的生活。
1、系统拓扑图
2、功能说明
A.灯光情景控制模式:通过对智能开关的组合学习,可以对家庭单元的各个房间定义个性化的灯光场景需要。比如:全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式等;
B.联动控制:灯光、电器(空调)、电动窗帘三者的控制可以通过情景控制模式联动,如门磁可以设定与灯光、窗帘、电器等设备的联动工作。比如:回家开门后,灯光打开、窗帘开启、空调开启等联动工作。
C.定时控制:在设定的时间点对家电、灯光、窗帘等带电设备进行控制。如:早上7.30闹钟响起,窗帘缓缓开启,音乐开始播放。
六、远程监控解决方案
业主可通过电脑远程登陆家庭网关,实现对家庭环境的实时监控,网关并可外接三个普通摄像头实现对不同区域的实时监控。
1、系统拓扑图
七、背景音乐解决方案
背景音乐系统就是通过专业布线结合kitozer数智智能网关,将声音源信号接入各个房间及任何需要背景音乐系统的地方(包括浴室、厨房及阳台),通过各房间相应的控制面板独立控制在房内的背景音乐专用音箱,让每个房间都能听到美妙的背景音乐。
1、系统拓扑图
2、功能说明
A.高保真立体声音质,采用DSP数字信号处理,内置特别针对家庭背景音乐设计的音频处理软件。
B.支持任一房间开启系统、切换音源、选择歌曲、调节音量,无需为打开主机而跑到客厅,也不用拿着遥控器到处跑,就像开关电灯一样简单。
C.支持各房间单独调节音量,32级电脑调音。
D.可以内置调频收音模块,各房间可以通过控制面板选择电台。
E.可以内置MP3模块,支持通过电脑的USB接口下载最新音乐。
F.支持各房间独立切换三种不同音源:DVD、FM和MP3,各房间可以同时播放不同音源。
G.不同房间可以自由选歌,再也不用为了跳过不喜欢的歌曲跑到客厅按遥控器了。
H.支持定时功能。例如:早上7:00主卧背景音乐自动打开,播放电台新闻,唤醒主人,一边洗涑,一边听新闻。
◆环境控制
智能家居系统可以实现网络空调控制、电动窗帘控制、排气扇智能控制,通过智能化的控制策略,可以提供稳定、舒适的空气环境和感光环境,当您快要开启房门时,智能家居系统已经提前给您打开排气扇,给您清新的空气;并且根据环境温度、空气湿度自动调节空调系统,当您打开家门,欢迎场景自动启动,给您最典雅的舒适享受。环境控制系统同时可以感知外部环境变化,对设备进行节能控制。
◆电器智能化控制
实现空调、微波炉等设备的智能化、网络化、定时化控制,给您的生活带来极大的方便。
★系统的特点
◆安全可靠
通过中控电脑可对房子内各个区域的灯光、电动窗等设备进行集中监视和控制,出现故障时可立即通知管理人员,提前做好故障的处理准备,能更有效地避免意外发生。
◆时尚个性
可按照要求,配合家居装饰,设置灯光控制方式,凸显用户的时尚和个性的张扬,实现用户的独特需求。
◆节能减耗
可利用定时装置和传感装置控制系统,做到只在合适的时候提供服务,可根据环境的光线自动调节照明的亮度,借此可以实现节能省耗,真正实现当今流行的“低碳生活”概念。
◆管理轻松
可通过操作面板、电脑、手机、IPOD、遥控器等登录网络进行对照明、门锁、窗帘的控制;可随时了解家中的各种照明及家用电器的状态,可以根据实际需要,只需轻触一个按键实现对电器、电灯的调节。
◆维护方便
该智能系统特有的零功耗、光电隔离使得系统较其他同类产品更加安全稳定,同时系统采用集中式模块化的安装维护方式,局部控制元件故障不影响模块的正常运行,局部的模块问题不影响整个系统的运行。可轻松扩展或拆卸相应的模块使得对系统的日常维护变得轻松方便。