1 工作原理
渦輪流量計是將渦輪傳感器產(chǎn)生的與原油流量成正比的脈動(dòng)信號轉換成流量值，即將傳感器單位時(shí)間輸出脈沖數和輸出脈沖總數轉換成瞬時(shí)流量和總流量，并顯示出來(lái)。系統能夠實(shí)時(shí)顯示當前瞬時(shí)流量、當前累加總流量、當前時(shí)間，并具有在線(xiàn)參數設置功能。同時(shí)可將流量、時(shí)間等信號轉換成4～20mA的電流信號，以便于信號遠傳[1]。系統采用LCD顯示及低功耗工作方式，整個(gè)電路除通信模塊外，其它部分均可在2.7～3V電壓下工作。在野外無(wú)電源場(chǎng)合下可采用2節1.5V干電池供電，完成流量檢測和顯示功能。單片機選用美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F873。PIC系列8位單片機采用精簡(jiǎn)指令集計算機結構（RISCCPU），僅有35條單字指令，可以應用在數字化儀器儀表、自動(dòng)測試和控制、智能化家用電器等領(lǐng)域[2]。工作頻率范圍為DC～20MHz；其功耗在工作電壓為5V、晶振頻率為4MHz時(shí)典型值小于2mA，3V/32kHz時(shí)小于20μA；運行電壓范圍：2.0～5.5V；有3組雙向I/O口，引腳具有很強的負載直接驅動(dòng)能力，25mA的吸入/拉出電流；支持中斷處理（13個(gè)中斷源）；具有8級深度的硬件堆棧，方便于實(shí)現多級子程序調用；串行通信模式方面可支持USART、SPI及I2C等通信方式[3-4]。
2 主要功能
系統硬件電路（如圖1所示）包括渦輪傳感器輸出信號整形放大電路、鍵盤(pán)接口電路、液晶顯示電路、D/A和V/I轉換電路。各部分電路主要功能介紹如下：
（1）由渦輪傳感器輸出的脈沖信號，其幅值、波形都是不規則的，在進(jìn)入顯示儀表后，先需整形成為有規則的具有一定幅值的矩形電脈沖信號，整形放大電路正是實(shí)現了這一功能[5]。矩形脈沖信號送入單片機的引腳TOCK1，經(jīng)片內定時(shí)器TIM2ER0對其進(jìn)行計數，并計算出瞬時(shí)流量、當前累加總流量。PIC16F873采用32.768kHz的標準晶振，利用單片機內部的計數器、預分頻器，可得到一個(gè)的時(shí)鐘源。
（2）設計了一個(gè)6位LCD顯示器用于顯示儀表系數、時(shí)間、瞬時(shí)流量、累積流量等。PIC16F873的RA口輸出顯示數據的BCD碼，經(jīng)BCD譯碼器譯碼后送LCD的段碼端，RB2～RB7分別控制6位LCD的位選通，以實(shí)現顯示功能。
（3）鍵盤(pán)接口電路采用查詢(xún)方式工作。電路中共有4個(gè)按鍵，其中有2個(gè)鍵定義為“加一鍵”和“減一鍵”，用于參數修訂；另外2個(gè)鍵分別為編程鍵、選項鍵，按下編程鍵后，進(jìn)入編程狀態(tài)，用戶(hù)輸入平均儀表系數。選項鍵用來(lái)確定顯示哪種流量方式（如瞬時(shí)流量、累積流量等）。
（4）瞬時(shí)流量、累積流量被計算出后，除現場(chǎng)顯示外，在條件允許的情況下還可變?yōu)?～20mA電流信號，進(jìn)行遠距離傳送。本電路中先用D/A轉換器，把數字信號變成電壓信號，再使用電壓/電流轉換器將其變成適合工業(yè)測控系統遠距離傳送的4～20mA電流信號。D/A轉換器的型號為MAX504，是由美信（Maxim）公司生產(chǎn)的一種低功耗、電壓輸出型10位串行數/模轉換器[6]。以串行方式接收單片機送來(lái)的數據，進(jìn)行數/模轉換。MAX504的工作模式有三種：?jiǎn)螛O性配置、雙極性配置、四象限乘法器等，本電路中采用單極性配置且增益為1，即芯片把10位數字信號轉換成0～2V電壓。
（5）系統選用AD694作為V/I轉換器，AD694是一種4～20mA電壓/電流轉換器，它的特點(diǎn)是不接或只接很少的外部元件就能達到0.02%的非線(xiàn)性度，精度高，且抗干擾性強，可廣泛應用于壓力、流量、溫度等信號的參數傳遞和對閥、調節器以及過(guò)程控制中一些常用設備的控制。它可與MAX504直接配合使用，將其輸出的0～2V電壓信號轉換成4～20mA電流信號，以進(jìn)行信號遠傳。
（6）系統軟件采用模塊化設計方法。整個(gè)系統由主程序模塊、鍵盤(pán)處理模塊、定時(shí)器處理模塊、流量計算存儲模塊、數據顯示模塊及串行通信模塊組成，實(shí)現流量信號的采集、顯示、遠傳等功能。新型渦輪流量計系統采用PIC16F873單片機，具有測量準確、低成本、低功耗、方便在線(xiàn)修正儀表參數等優(yōu)點(diǎn)，適用于油田生產(chǎn)現場(chǎng)，已在陜北油田實(shí)際應用中取得了良好的效果。
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