便携式多功能量水仪的研制

主程序主要用于系统的控制和管理。系统加电后，AT89C51自动上电复位，开始运行主程序，主程序框图见图4所示。系统首先显示“0-××××”，表示系统在进行自检和自校零工作。此时要求操作员不断地调节调零电位器，直到校零达到精度要求时为止，然后按回车键表示校零完成（理想情况下显示为“0。00000”）。接着显示“1-××××”，表示系统在进行满度校正工作。同样，操作员需要不断地调节满度电位器，直到满度校正达到精度要求时为止，然后按回车键表示满度校正完成（理想情况下显示为“5。00000”）。接着系统依次显示“L”、“E”等提示符号，要求操作员输入流量系数K、N值。当输入正确后，系统进行初始化T0、T1。一切处理完毕后，系统开始正常的运作过程，并进入待机低功耗工作状态。

需要说明的是，仪器还具有简单的密码设置功能。当设置密码后，要进行流量系数修改时，必须首先输入正确的密码，否则系统不予以响应。这样能在一定程度上保证流量系数K、N的安全性。

2。3中断采集服务程序

系统在此环节完成V/F信号采集、自动量程转换、流量计算及显示水位H、流量Q等参数。其中K/N、W（总流量）参数显示采用了复用键，由软件设计的奇偶次切换决定。一般情况下，系统自动循环地显示H-Q值。

该模块在运行时，首先保护现场，进行初始化设置，启动T0定时器（T0的定时时间为100ms，时间常数为3CB0H）和T1计数器，由T1记录V/F转换输出的脉冲数。然后，系统连续采样10次，利用数字滤波技术得出当前的有效采样值。接着，判断系统是否已经进行了自校正，若没有，则先进行系统的自校正；若已完成了自校正工作，则继续后续程序块，计算水位H、流量Q、总流量W值。最后根据控制命令显示这些参数，调用功能键处理模块，巡查有无控制命令，恢复现场、中断返回。

此外，系统还设计了串行口通信程序，实现与上位机之间的数据通信，上传H、Q、K、N、W等参数值及接受上位机对参数的修改和控制。

3量水仪的精度问题

该仪器充分利用了AT89C51具有高性价比的特点，在不增加硬件资源的前提下，尽量做到硬件“软化”，提高了仪器的测量精度。

3。1数字调零和增益自校正

仪器在测量前首先进行自校正工作，即依次选通差动输入接口芯片CD4052的Y0、Y1输入端口（其中Y0端接地，Y1端接标准+5V电源），然后调节相应的微调器使仪器自校正达到设计要求。在正式测量时，设选通Y0输入端时，仪器测得V/F计数值为X0，选通Y1输入端时，测得计数值为X1，设测得传感器信号输入的计数值为Xi，则每次测量的计算公式为

Hi=（Xi－X0）/（X1－X0）*Hst（7）

式中Hst为标准5V时的水位值。

这样，Hi与放大器的漂移及增益误差无关，不仅可提高仪器的测量精度，还可降低对器件精度的要求。

3。2采用模糊量程档位

程控量程自动转换是由信号放大增益档位的选择实现的，这里采用了增益步进法，即将增益由小到大逐步提高，直至选择最佳的放大倍数。但是，由于器件转换灵敏度的局限性，测量有时会不够准确（尤其是在量程档位临界区），从而导致量程选择出现错误，甚至进入换档死循环。考虑到这一点，我们在相邻两个量程临界区设置±5%量程选择模糊区，当测量的输入值落入量程模糊区时，则不改变放大器的当前增益。经过实验表明，采取模糊量程区能有效地防止放大器的增益来回跳动现象。

3。3数据放大处理

在硬件上做到使测量精度达到均一化的同时，在软件设计上也进行相应的数据“放大”处理。在计算Hi值过程中，先将数据“放大”，精度提高到0。1mm。然后进行二进制乘运算，最后再统一转化为三字节浮点数进行浮点数运算，从而避免精度较低的直接二进制除运算。程序运算中采用了三字节浮点数及四字节BCD码浮点数进行流量计算，补偿修正后输出显示，使仪器的测量精度达到小数点后四位。

3。4信号隔离处理

对检测信号通过LM331进行了硬件上的信号隔离；输入环节上增加滤波电容及输入保护电路。系统的硬件设计遵循“一点接地”的原则，减少系统因电环路形成的干扰。

3。5可靠性设计

在软件上进行了可靠性设计，在每个模块后和程序PROM的空白区加了软件陷阱。并在一些重要的跳转指令之间进行软件冗余设计。此外，还设计了溢出报警，避免显示错误的信息。表1的一组数据是采用本仪器测出的实际流量Q和理论计算流量Q的比较，其中流量系数K=2。3215、N=2。2406。Q值理论计算为

Q=K*exp{N*lnH}(8)

表1实