基于单片机的多功能流量计设计与研究.doc

摘要：流量计量是工业制造的重要环节之一，精确的流量计量可以提升产品质量，加速产品生产指标的完成，催化科技生产和加工环节的快速成长。然而，目前市场上大批量存在的流量计功能单一、结构复杂、测量精度受限，寿命短。随着能源危机的到来和工业智能化的快速发展，工业计量精度的严格要求和工业生产现场环境的多样化逐步淘汰了传统的单功能型流量计。流量计量仪器在朝着精益化、小型化发展。在智能制造与自动化生产的大潮流下，不得不提出新型化的流量计量方案。因此，本课题研究内容如下：

(1)研究了流量计的背景、现状和价值。

(2)介绍了多功能流量计的总体实现方案、创新点和关键技术。

(3)完成了多功能流量计硬件设计。

(4)根据现场监测环境需求完成了多功能流量计下位机软件设计。

(5)基于.Net平台完成了可视化交互上位机设计。

(6)测试了多功能流量计整体功能。

本课题研究的多功能流量计具有测量精度高、自诊断能力强、异常断电数据自动保存、远程数据传输、低功耗、智能化监测现场管理等特点。可适用于工农业自动化加工和高精度测量要求下的化学成分配比，以及高危的钢铁制造和化学品运输行业。该多功能流量计对于流体状况适应性强，这一特性大大提升了它的适用范围，同时智能化的系统设计思想使得该计量仪器符合智能生产与制造的发展需求，可在多个领域取得关键性应用。

通过系统整体功能的测试与验证，该多功能流量计满足工业自动化下的精益测量要求。该多功能流量计在现场流量信息采集方面性能大大超越了传统的接触式流量计量仪器，同时具备了流量信息液晶现场显示的独特功能，简化了传统机械式流量计的现场数据测量结构，增加了数据远程传输和终端数据管理的重要特性，有效提升流量计量过程的自动化和智能化，大大提高了工业制造加工过程的经济效益。有良好的发展前景。

关键词：多功能流量计，远程数据传输与管理，低功耗设计，上位机设计

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 项目研究背景-1

1.2 项目研究现状-1

1.3 项目发展趋势-2

1.4 项目研究意义与价值-2

1.5 研究内容与创新点-3

1.5.1 研究内容-3

1.5.2 创新点-3

第二章 系统方案设计概述-4

2.1 多功能流量计结构和工作原理-4

2.1.1 多功能流量计结构-4

2.1.2 多功能流量计工作原理-5

2.2 流量计技术关键和主要技术指标-5

2.2.1 技术关键-5

2.2.2 主要技术指标-6

2.3 系统总体方案-6

第三章 多功能流量计硬件设计-8

3.1 主控制器电路设计-8

3.1.1 主控器选型-8

3.1.2 主控制器概述-8

3.1.3 主控制器电路设计图-8

3.2 电源供电电路设计-9

3.3 4-20mA金属转子流量计变送器设计-10

3.3.1 二线制4-20mA标准-10

3.3.2 二线制4-20mA变送器设计-11

3.4 HART协议的设计-12

3.4.1 HART通信协议简介-12

3.4.2 HART通信模块设计-13

3.5 流量信号的采集与预处理-14

3.5.1 磁阻传感器的选择-14

3.5.2 流量信号处理-15

3.5.3 A/D转换电路设计-16

3.5.4 数据存储模块设计-17

3.5.5 温度补偿模块设计-18

3.5.6 压力补偿模块设计-19

3.6 多功能流量计的输入控制与输出显示设计-19

3.6.1 按键输入模块设计-19

3.6.2 液晶显示模块设计-20

3.6.3 异常报警模块设计-21

第四章 多功能流量计下位机软件设计-22

4.1 流量计主程序设计-22

4.2 流量计信号处理子程序-22

4.3 通信中断子程序设计-23

4.4 定时中断采样子程序设计-24

4.5 按键控制子程序设计-25

4.6 液晶屏显示子程序设计-25

4.7 HART通信子程序设计-26

第五章 基于C#的服务器上位机开发-27

5.1 上位机系统控制结构简介-27

5.2 系统控制界面-27

5.2.1 系统控制界面组成结构-27

5.2.2 登陆管理界面-27

5.2.3 主界面-28

5.3 数据采集-28

5.4 系统监测-29

第六章 总结和展望-32

6.1 设计与总结-32

6.2 价值与展望-33

参考文献-34