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[導(dǎo)讀]摘要:移動式輸油系統(tǒng)是一種大流量的移動式加油設(shè)備。采用了流量穩(wěn)定、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用和保養(yǎng)方便的KCB型防爆齒輪泵和橢圓齒輪流量計等高性能主要部件。這些主要部件可確保加油站控制和計量的準(zhǔn)確安全可

摘要:移動式輸油系統(tǒng)是一種大流量的移動式加油設(shè)備。采用了流量穩(wěn)定、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用和保養(yǎng)方便的KCB型防爆齒輪泵和橢圓齒輪流量計等高性能主要部件。這些主要部件可確保加油站控制和計量的準(zhǔn)確安全可靠。系統(tǒng)能方便、快速在A與B之間輸油并做相應(yīng)的記錄、打印。顯示輸油的瞬時流量、總量等,操作方便實用。其中,基于TC4538的F/V變換是核心部分,決定著整個系統(tǒng)的控制性能。
關(guān)鍵詞:AT89C51;流量傳感器;油泵;AD0809;頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路

    隨著科技的進步和發(fā)展,超聲波、激光、電磁、核技術(shù)及微計算機等新技術(shù)引入流量計量領(lǐng)域,使得無接觸無活動部件間接技術(shù)大大發(fā)展,流量傳感器趨向電子化和數(shù)字化,為流量計量開拓新的領(lǐng)域。新型流量計要求非接觸式流量數(shù)字模型簡明;量程比寬、線性化、數(shù)字化;可線性高,價格低廉,維修方便。隨著單片機的日趨成熟,移動式輸油系統(tǒng)多功能控制電路的研究上了一個新的水平,利用移動式輸油系統(tǒng)可以方便地到達所需加油的地方為其加油,高效便捷,而小批量的加油則不必把整個機器弄到加油站加油了。利用移動式加油系統(tǒng)可以方便在兩方之間輸油,并做相應(yīng)的記錄、打印,還可以顯示油的單價、瞬時流量、瞬時總量、總價,操作控制靈活,方便實用。

1 硬件電路的設(shè)計
1.1 傳感器電路的設(shè)計
    橢圓齒輪流量計是容積式流量計的一種,它對被測流體的粘度變化不敏感,特別適合測量高粘度的流體,甚至糊狀物的流量。橢圓齒輪流量計的工作原理如圖1所示。


    橢圓齒輪流量計的測量部分是由兩個相互嚙合的齒輪A和B、軸及殼體組成。橢圓齒輪及殼體之間形成測量室。當(dāng)流體流過齒輪流量計時,由于要克服阻力將會引起阻力損失,從而使進口側(cè)壓力P1大于出口側(cè)壓力P2,產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動。
    圖l僅僅表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動了1/4的情況,而其所排出的被測介質(zhì)量為半月形容積的四倍。故通過橢圓齒輪流量計的體積流量Q為
    Q=4nV0          (1)
    式中n--橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度,V0--半月形測量室容積
    由式(1)可知,在橢圓齒輪流量計的半月形容積V0已定的條件下,只要測出橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速n,即可知道被測介質(zhì)的流量。橢圓齒輪流量計的流量信號(即轉(zhuǎn)速n),有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種,配以一定的傳動機構(gòu)及積算機構(gòu),就可記錄或指示被測介質(zhì)的總量。
1.2 頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計
    電壓-頻率轉(zhuǎn)換器把頻率變化信號線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號的解調(diào)等。


    圖2是由TC4538構(gòu)成的頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路。它對輸入脈沖信號進行微分,把微分電流變換為電壓,再進行平滑獲得輸出電壓。TC4538是單穩(wěn)態(tài)電路,把輸入脈沖變換為具有一定寬度的脈沖。此電路的輸入/輸出之間的關(guān)系為U0=-fi×5×R5(C4+C5)。式中,基準(zhǔn)電壓+UREF為5V。通常按c4=C5設(shè)定參數(shù)。響應(yīng)速度由R5和R6確定,若頻率變低,則波紋電壓增大,因此,需要在輸出后接低通濾波器。即使波紋較大,但要加快響應(yīng)速度,還得減小C6。微分電容C4和C5由相對于最高輸入頻率的輸出電壓決定,要選用溫度系數(shù)小而具有溫度補償?shù)奶沾善娙荨@?,輸?~100Hz時其輸出電壓0~5V,根據(jù)輸出/輸入之間關(guān)系,C4=C5=5x1MΩ/(5Vx100Hzx2)=5000pF。
1.2.1 TC4538介紹
    TC4538是可觸發(fā)/復(fù)位的多諧振蕩器,觸發(fā)器的操作可由2個輸入開頭或結(jié)尾來實現(xiàn)。因為輸出單穩(wěn)態(tài)脈沖寬度是由外部電阻和外部電容的時間常數(shù)決定的,這使輸出脈沖寬度的范圍更廣泛成為可能。測量動態(tài)特性的波形如圖3所示。twout=10ms±5%(Rx=100kΩ,Cx=0.1 μF,VDD=10V)。
1.2.2 TC4069電路
    TC4069UB包含六個轉(zhuǎn)換電路。內(nèi)部電路是由一個單一階段逆變器組成,這適合應(yīng)用于CR振蕩器電路,晶體振蕩器電路和線性放大器電路也適用轉(zhuǎn)換器的情況。由于一階段門電路結(jié)構(gòu),反應(yīng)時間應(yīng)經(jīng)降低。引腳分布如上圖4左邊電路所示,右邊電路為兩個MOS管組成的非門電路。


1.2.3 TC4066電路
    TC4066B包含四個獨立的雙向開關(guān)電路。當(dāng)控制輸入信號CONT被設(shè)置成“H”,開關(guān)輸入與輸出間的阻抗變低,當(dāng)控制輸入信號CONT被設(shè)置成“L”,開關(guān)輸入與輸出間的阻抗變高。這可以應(yīng)用于模擬信號和數(shù)字信號間的轉(zhuǎn)換。4066電路引腳分布圖如下圖5左邊電路所示,右邊電路為4066邏輯電路圖。


1.3 單片機處理電路的設(shè)計
    AT89C51單片機的體積小、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高,片內(nèi)含4Kbyte的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器,片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。P2.4腳用于油泵的啟??刂疲劣趫缶娐?,則采用晶體管驅(qū)動的報警器。壓電式蜂鳴器約10mA的驅(qū)動電流,可以用一個晶體管驅(qū)動。本設(shè)計采用獨立式按鍵接口設(shè)計,各按鍵接口獨立,每個按鍵各接一根輸入線,一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此,通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。
1.4 擴展電路的設(shè)計
    74LS373是常用的地址鎖存器芯片,它實質(zhì)是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器,在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器,通常需要74LS373芯片。74LS373與AT89C51連接如圖6所示。


    8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片,具有3個8位的并行口I/O口,有三種工作方式,可通過程序改變其功能,因而通用性強,可作為單片機與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。
1.5 顯示電路的設(shè)計
    本設(shè)計采用動態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時,為了簡化電路,降低成本,將所有位的段選碼并聯(lián)在一起,由位的段選碼并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制。而共陰極點或共陽極點由一個I/O口線控制。程序控制每個時刻只一位LED顯示,循環(huán)控制選擇每位LED輪流顯示不同字符。電路如圖8所示。
1.6 打印電路的設(shè)計
    TpuP-40A是一種由單片機控制的微型智能點陣式打印機,每行可打印40個字符,具有標(biāo)準(zhǔn)的Centronic并行接口,各信號線通過20芯扁平電纜引出,打印機接口電路如圖7所示。



2 總體設(shè)計
    移動式加油系統(tǒng)控制電路的硬件設(shè)計總體電路圖如圖8所示。它是以AT89C51單片機為核心,外擴8255和BIC8718接顯示器,同時利用74L S138片選四塊顯示器。通過鍵盤輸入單價,加油泵開始加油,利用橢圓齒輪傳感器輸出頻率信號,再通過頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路將頻率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入莫屬轉(zhuǎn)換器AD0809,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入AT89C51單片機,處理之后送入顯示,然后接TpuP-40A打印機打印。



3 結(jié)束語
    本系統(tǒng)由傳感器和AT89C51單片機等構(gòu)成的輸油控制系統(tǒng),具有較大的通用性,電動機可以換四檔,油的單價也可設(shè)置,控制電路不變,比較靈活。本設(shè)計可采用一些先進的計算機技術(shù)及單片機控制的原理、及自動化儀表等技術(shù)綜合設(shè)計出本系統(tǒng)的硬件電路。系統(tǒng)能方便、快速在A與B之間輸油并做相應(yīng)的記錄、打印。顯示輸油的瞬時流量、總量等,操作方便實用。基于TC4538的F/V變換是核心部分,決定著整個系統(tǒng)的控制性能。同時,系統(tǒng)具有操作控制靈活、安全性有保障,對于故障的檢測與控制及時可靠等特點。該控制系統(tǒng)只適用于一些小型的加油系統(tǒng),如移動式加油車,小型加油站等。

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