由于流速在管道截面上分布的非軸對稱性,使得采用單電極對測量模式的傳統(tǒng)電磁流量計(jì)會產(chǎn)生很大的測量誤差。 首先對單對點(diǎn)電極電磁流量計(jì)進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析,并提出了權(quán)重函數(shù)估計(jì)法,指出由于權(quán)重函數(shù)分布得不均勻?qū)е聜鹘y(tǒng)單對電極電磁流量計(jì)對流型的敏感性。通過對傳感器壁上感應(yīng)電勢積分獲得了在任意流型下平均流速的數(shù)學(xué)表達(dá)式,可用于非軸對稱管流平均流速的*測量。在End公式的基礎(chǔ)上,提出了以層析成像理論為基礎(chǔ)的多電極電磁流量計(jì)測量平均流速的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,多電極電磁流量計(jì)可得到*的平均流速估計(jì)。
流量測量實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)用層析成像的檢測理論,提出了一種采用可旋轉(zhuǎn)均勻磁場做激勵,多對電極檢出感應(yīng)信息的測量方法。由于智能終端的管理、運(yùn)算功能較差,因此有時需要將檢測與控制的參數(shù)送到計(jì)算機(jī)中,利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快的特點(diǎn),對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理。利用單片機(jī)構(gòu)成智能化的前端模塊,從而實(shí)現(xiàn)檢測儀表與計(jì)算機(jī)接口的靈活配置是現(xiàn)代儀器儀表設(shè)計(jì)的重要趨勢之在計(jì)算機(jī)與外部硬件設(shè)備通信應(yīng)用開發(fā)中,串行通信因其接口方式簡單,而且通信一方的微機(jī)本身就配有兩個以上的串行異步通信接口,用戶可以在不增加任何外設(shè)的情況下,就可與其它計(jì)算機(jī)、外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,所以它在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用得非常普遍。RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn),其接口采用一對平衡差分信號線,對噪聲免疫,允許雙導(dǎo)線上個發(fā)送器驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備,負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。
由于RS-485比11S一232傳輸信號距離長、速度快,而且可帶多個負(fù)載設(shè)備,因此在各種智能化儀器儀表中起著重要的作用。PIC系列8位微控制器具有運(yùn)行速度快,工作電壓低,功耗低,輸入輸出驅(qū)動能力強(qiáng)(可直接驅(qū)動LED),體積小,價格低,指令簡單、易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)。它還集成了一系列具有獨(dú)特功能的外圍專用電路,如振蕩器、復(fù)位電路、監(jiān)視定時器電路等。PIC微控制器己**應(yīng)用于家電控制、通信、工業(yè)控制、智能儀器儀表、金融電子等許多領(lǐng)域。
本設(shè)計(jì)采用RS-485標(biāo)準(zhǔn),選用PIC16P877,由計(jì)算機(jī)在 Windows環(huán)境下形成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),完成計(jì)算機(jī)與PIC遠(yuǎn)距離控制和數(shù)據(jù)傳輸,從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對多電極電磁流量計(jì)的遠(yuǎn)程通信
1、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能
多電極電磁流量計(jì)由個多電極系統(tǒng)和一個可旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)勻強(qiáng)磁場構(gòu)成,采用旋轉(zhuǎn)磁場,多角度進(jìn)行檢測。每一檢測角度下采用與之相垂直的直徑及弦上的電極,電極對同時檢測出電壓信號,利用傳感器融合技術(shù),并結(jié)合流體流動模型得到流體流量的ZUI優(yōu)估計(jì)。旋轉(zhuǎn)磁場由蓋軸、y軸兩個方向的兩組激勵線圈產(chǎn)生,通過改變z方向和r方向激勵電流幅值,可形成不同激勵方向下的平行激勵磁場。為避免交流磁場的正交電磁干擾,消除由分布電容引起的工頻干擾,抑制交流磁場在管壁和流體內(nèi)部引起的電渦流排除直流勵磁的極化現(xiàn)象,采用實(shí)際生產(chǎn)中較為**應(yīng)用的三值方波勵磁。
如16電極多電極電磁流量計(jì)。這些電極呈等角間距分布,對三值方波激勵方式來說,可有8個磁場方向,而在每一個磁場方向上都有7對電極與磁場方向垂直,1對電極與磁場方向平行。多電極電磁流量計(jì)的信號檢測系統(tǒng)所要完成的任務(wù),就是在某一激勵磁場角度下,選定流體公共地電位,
然后依次選通同一條弦上的兩個電極,將電勢信號分別取出,信號通過放大濾波等處理后,送到PIC的A/D端口,單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信傳輸數(shù)據(jù)。多電極電磁流量計(jì)控制器的總體結(jié)構(gòu)，由PIC實(shí)現(xiàn)多電極電磁流量計(jì)的多向激勵、多對電極檢測的底層電路控制、數(shù)據(jù)采集,并將采集的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)。上位機(jī)控制PIC的運(yùn)行和停止,并將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示。多電極電磁流量計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵在于解決計(jì)算機(jī)與PIC的實(shí)時通信問題。
2、通信功能
由PIC控制PIC的運(yùn)行與停止,PIC在接到上位機(jī)的開始命令后.進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并在系統(tǒng)采集到規(guī)定數(shù)量的數(shù)據(jù)后,將這些數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存連續(xù)單元的發(fā)送緩沖器區(qū)依次傳送給上位機(jī);PIC在接到上位機(jī)的停止命令后,在上一次數(shù)據(jù)采集和發(fā)送完成后,停止動作。計(jì)算機(jī)的串行口采用的是P,S一232標(biāo)準(zhǔn),若采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,本設(shè)計(jì)使用232-485轉(zhuǎn)換器完成從RS一232到RS一485的電平轉(zhuǎn)換。由于單片機(jī)芯片發(fā)出的串行數(shù)據(jù)為TIL電平,同時也只能接收1'IL電平,在采用RS一485標(biāo)準(zhǔn)時.也必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)中使用MAX485.它是用于RS-485通信的半雙工低功率收發(fā)器件,包含一個驅(qū)動器和一個接收器。使用一個半雙工連接的難點(diǎn)就是控制每個驅(qū)動器
2.1通信軟件編制
2.1.1上位機(jī)側(cè)的軟件編制在 Windows環(huán)境下,微機(jī)完全接管了各種硬件資源,不允許用戶直接控制串行口的中斷管理。因此,如何在 Windows環(huán)境下開發(fā)微機(jī)的底層資源,已成為當(dāng)今工業(yè)控制軟件的一大熱點(diǎn)及難點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用VC++的 Mscomm控件進(jìn)行計(jì)算機(jī)串口的通信管理。在 Windows環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)串行通信一般有三種方法:匯編嵌入技術(shù)、 Mscomm控件、API函數(shù)。綜合考慮三種軟件的優(yōu)缺點(diǎn),選擇在VC+160開發(fā)環(huán)境中選擇 Mscomm控件實(shí)現(xiàn)串行通信。
創(chuàng)建一個基于基本對話框的應(yīng)用程序框架OWEN,在對話框上添加 Mscomm控件,在C1 asswizard中為新創(chuàng)建的通信控件定義成員對象( Cmscommmcomport),通過該對象便可以對串口屬性進(jìn)行設(shè)置。串口初始化程序: 如果串口1關(guān)閉,將其打開 mcomportsetportopen(true); comport. Set Inputmode(1);∥設(shè)置從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式為二進(jìn)制格式m- Comport. Setsettings("9600n,8,1");∥設(shè)置串口通信參數(shù)為波特率9600bit/s,無奇偶校驗(yàn),8個數(shù)據(jù)位.1個停止位 mcomportsetrthreshold(1);∥每當(dāng)接收緩沖區(qū)有大于一個字符時則激發(fā)一個 Oncormn)事件 mcomportsetinputlen(0);∥每次讀取一個字符Comport. Getinput);//預(yù)先清空接收緩沖區(qū)由于本設(shè)計(jì)中上下位機(jī)間的連接采用的是半雙工方式,在上位機(jī)點(diǎn)擊開始命令后,要求下位機(jī)把采集到的大量數(shù)據(jù)傳來,為防止整個線路被下位機(jī)的傳送工作占用而使停止命令無法傳到下位機(jī),采用對下位機(jī)進(jìn)行周期性中斷的措施,由上位機(jī)先接收后重發(fā)命令不斷控制下位機(jī)的動作。設(shè)置一個 Cstring型的全局變量 olsen來代表開始和停止的不同標(biāo)志。而在開始按鈕響應(yīng)函數(shù)中發(fā)送它的初始值(如"K"),而在停止按鈕響應(yīng)函數(shù)中給 insead賦另外的值表示停止即可在半雙工的條件下順利完成上下位機(jī)間的信息交流。上位機(jī)軟件編制步驟
①創(chuàng)建一個基于對話框的應(yīng)用程序OWEN;
②插入串口控件 Mscomm
③編輯主對話框
④在 COWENDIG.h頭文件中添加自定義公有變量、函數(shù)和宏定義指令
⑤在 COWENDIG類的 Oninitdialog0函數(shù)中加入初始化代碼
⑥為" START"按鈕添加消息響應(yīng)函數(shù) VOIDCOWENDIG: Onstart(),為"STOP按鈕添加消息響應(yīng)函數(shù)VOIDCOWEND1G: Onstop O
⑦為其他控件添加消息響應(yīng)函數(shù)
⑧為 Vsconan控件添加 Oncomm事件響應(yīng)函數(shù)VOIDCOWENDIG: Onon Commmscomm1(),在其中添加接收數(shù)據(jù)、調(diào)用數(shù)據(jù)還原、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理算法函數(shù)代碼。為 Oncomm事件響應(yīng)函數(shù)中調(diào)用的數(shù)據(jù)還原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理算法函數(shù)添加代碼
2.1.2PIC側(cè)的通信程序設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)PIC與上位機(jī)通過RS一485接口進(jìn)行通信,所以PIC的串行通信接口SCI被設(shè)置成與
RS-485接口進(jìn)行通信的半雙工異步系統(tǒng)。在異步方式下,串行通信接口采用標(biāo)準(zhǔn)的不歸零(NRz)格式,位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。下位機(jī)中斷服務(wù)程序,發(fā)送子程序。
2.2通信結(jié)果采用本文設(shè)
計(jì)量的通信方案,在多電極電磁流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中,通信穩(wěn)定可靠,對一定數(shù)量的控制要求(開始、停止命令)和數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),在有效時間內(nèi)數(shù)據(jù)準(zhǔn)到位,無誤傳,從而驗(yàn)證了該通信系統(tǒng)的可靠性。
3、結(jié)束語
本設(shè)計(jì)利用VC++60下的 Activex控件 Mscomm實(shí)現(xiàn)了 Windows環(huán)境下Pc機(jī)與PIC的串行通信,從而實(shí)現(xiàn)了Pc對多電極電磁流量計(jì)的遠(yuǎn)距離控制和數(shù)據(jù)傳輸,適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場,達(dá)到了工業(yè)運(yùn)用中開發(fā) Windows工控軟件的實(shí)際要求。該方案實(shí)現(xiàn)簡單、通信可靠、可移植性強(qiáng)。由于RS-485可帶多個負(fù)載設(shè)備,只要對程序稍作修改即可實(shí)現(xiàn)1臺Pc監(jiān)控多臺多電極電磁流量計(jì),實(shí)現(xiàn)多電極電磁流量計(jì)的分布式集散控制系統(tǒng),有著廣闊的應(yīng)用前景。
上一條：
電磁流量計(jì)在水行業(yè)中的應(yīng)用
下一條：
基于ARM的智能電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的研制
