基于电磁感应的液体粘度测量系统设计

图4-13 MAX232引脚图

本设计中串口通信的电路原理图如图4-14所示。

图4-14 串口通信电路原理图

4机械机构部分设计

机械结构部分是为提供电磁线圈驱动柱状永磁体活塞在被测液体中往复运动的探头结构。本系统中将机械探头设计成双套筒结构，内套筒为电磁线圈和被测液体提供隔离，其内部为可以自由出入的被测液体，活塞在其中做往复运动，内外套筒之间安装电磁线圈，外套筒隔离其与探头外部的被测液体。整个探头结构包括：内套筒、外套筒和两个侧盖^[50,51]。

4.1 内外套筒设计

内、外套筒结构非常简单只要设计尺寸满足要求即可。本系统中外套筒和内套筒之间安装电磁垫圈，而且根据本系统中电磁线圈紧凑安装的要求，它们的长度应该为两个电磁线圈长度之和，它们的内径应该为电磁线圈的外径，壁厚都设计为2mm。其中外套筒为了和侧盖进行装配安装，设计了法兰盘结构。

图4-15、4-16分别为内外套筒的剖面图。

图4-15 外套筒剖面图 图4-16 内套筒剖面图

4.2 侧盖设计

机械探头用两个侧盖与内外套筒的两端进行装配安装，一方面保证外部的被测液体与套筒之间的电磁线圈的隔离，另一方面又要保证被测液体能够自由进入活塞往复运动的内筒内部，同时保证活塞不能跑出机械探头。

本设计中，采用在侧盖上对应内筒的位置打上多个小孔，其中小孔的直径小于活塞直径，保证了活塞不会跑出机械探头，而被测液体又能通过小孔流入内筒内部。

由于柱状永磁铁活塞是有极性的，所以如果活塞运动到某一端，运动到超过电磁线圈内部中点时，电磁线圈对活塞的驱动力方向将发生改变，活塞将无法形成往复运动。本系统中，在侧盖上设计了伸入内筒内部的凸台，限制活塞的运动的位置，凸台高度为线圈长度的一半，从而保证了活塞的运动位置不超过线圈的中点。同时，侧盖上还设计了与外筒进行装配安装的对应法兰盘结构。两面的两个侧盖完全一样。

图4-17为侧盖的剖面图。

图4-17 侧盖剖面图

4.3 探头总体结构

将以上设计的内套筒内部放入柱状永磁铁铁活塞，内套筒与外套筒之间安装上两个电磁线圈，两端用侧盖密封，侧盖与外筒之间通过法兰盘用螺丝固定，这样就构成了机械探头的总体结构，将其放入被测液体中，被测液体可以自由进入内套筒内部，电磁线圈驱动柱状永磁铁活塞在被测液体中往复运动，记录活塞的往复运动时间，便可以得到被测液体的粘度。

探头总体结构剖面图如图4-18所示。

图4-18 探头总体结构剖面图

5 软件程序设计

本测量系统的软件程序设计主要包括单片机程序设计和上位机程序设计。

5.1 单片机程序设计

单片机程序主要实现方波驱动信号的产生、感应电压信号的检测处理、活塞往复运动时间的记录以及通过串口向上位机传送记录的数据。

其程序流程图如图4-19所示：

首先，对单片机进行初始化，包括设置定时器工作方式、装载定时器初值、设置串口工作方式、设置串行通信波特率、开中断等。正常工作时，单片机通过检测活塞往复运动时产生的感应电压信号来控制方波翻转，从而驱动活塞继续往复运动，从而再次产生感应电压信号。所以，进入单片机主程序后便开始循环检测感应电压信号，一旦检测到有感应电压信号反馈到单片机，程序立即控制单片机I/O口翻转方波信号，驱动活塞反方向运动，记录活塞的运动时间（由定时器T0计数得出），重新计时，并向上位机发送记录的数据。

但是，有时可能未能检测到感应电压信号，此时方波不在翻转，活塞便无法继续往复运动，也就不会再有感应电压信号。所以程序中设计了超时溢出，并进行了溢出处理，使程序能够在未能检测到感应电压信号的情况下继续正常工作。如果长时间未检测到感应电压信号，则程序超时溢出（由定时器T1控制），同时翻转方波，驱动活塞继续往复运动，重新计时，并且重载超时计时器。这样系统便能恢复到正常的工作状态。

4.5.2 上位机程序设计

上位机程序主要实现的功能包括通过串口从下位机接收数据，并在上位机上进行处理和显示。本系统的上位机程序是VC进行编程。

（1）数据的接收

本系统通过串口进行上位机和下位机的数据通信。在VC中使用MFC编程，可以通过MSComm控件方便的对串口进行控制。MSComm控件是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，为应用程序提供了通过串行通信功能。

在MFC下使用MSComm控件，只需设置一些简单的参数，并编写一些自己的程序所需要实现的功能，便可以实现上位机和单片机之间串口通信。

（2）数据的处理和显示

单片机通过串口传送到上位机的数据是通过定时器记录的活塞在被测液体中往复运动的时间。所以上位机程序需要对其进行