空气质量流量显示装置 - 单片机典型案例开发（五）

　　四、单片机实现空气质量流量显示装置

　　空气质量流量显示装置可以直观的反映进入发动机的空气流量，有助于为发动机提供最佳的空燃比。本文以罗蒙斯特质量流量计为例，基于STC89C52单片机设计一种空气质量流量显示装置，以简单易控制的STC89C52单片机为控制核心，经过AD模块的转换，完成对空气质量流量计的显示装置，通过对数据显示结果的分析找出模拟量与数字量之间的线性对应关系，从而为发动机提供最佳空燃比设立参照途径。

　　1 罗蒙斯特质量流量计的工作原理

　　罗蒙斯特质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。传感器由外壳、微振动测量管、振动驱动器和信号检测器及温度补偿元件等主要部件组成。当气体通过振动测量管时，在气体推动及外加于测量管的振动力作用下，测量管将获得附加的科里奥力，其大小与气体的质量流量成正比，科里奥力引起测量管的微小扭曲导致振动时的相位差转换为线性的电信号输出，变送器就将此电信号转换为1~5V的电压信号，通过AD模块显示在显示装置上。

　　2 硬件电路设计

　　电信号的转换是单通道，在此选择容易掌握的ADC0804芯片，其模数转换功能已足够满足需求。显示装置采用4段8位数码管，精确度到个位。其模块图如图1所示。

　　

　　输入模块是经过变送器转换的电压信号，其幅值在1~5V之间变化;AD模块就是AD芯片，ADC0804是COMS依次逼近型的AD转换器，三态锁定输出，分辨率为8位，存取时间135us，转换时间100us，从功能与成本角度考虑，ADC0804是比较合适的;控制模块选用STC89C52单片机，其性能高，成本低的优点在小型控制器的使用上得到普遍的应用。显示模块在此选取的是4段8位数码管，由经验常识可知5V电压值对应的数字量为255，所以在精度要求不是太高的情况下4段8位数码管可以满足其显示准确性的要求。

　　2.1 PROTEL电路原理图

　　PROTEL是PROTEL公司推出的一款用于电子设计的EDA软件，因其模块功能的多样化和人性化得到众多电子设计者的青睐。在设计空气质量流量显示装置电路板时，首先需要在PROTEL环境下对原理图进行构思绘制。经过对电路中所需各模块的分析绘制出如下的电路原理图，如图2所示。

　　

　　2.2 Proteus仿真电路

　　为了保证电路的搭建正确性和各模块功能自检的完善，还需要在Proteus仿真软件中对搭建的电路原理图进行仿真测试，如图3所示是在Proteus仿真环境中对搭建的电路原理图进行的仿真。

　　

　　从图中可以看出，电路包括最基本的功能模块：单片机的复位功能模块，AD模块和数码管的显示模块。外接的电压是5V电压值，为了可以实时模拟变送器输出的电压信号，在此添加一个电位器器件，通过调节电位器的阻值变化来模拟输出电压信号的变化;从数码管的数字显示值上看，本次搭建电路和仿真是正确的;调节电位器的阻值发现数码管的数字量随阻值大小的变化实时变化，表明此电路图可以模拟变送器器输出的电压信号。在完成基本功能需求的基础上，本电路图在搭建时考虑到了为寻找后续电压数字值和模拟量之间的对应关系，添加了一直流电压表，用来显示对应数字值所代表的电压值。

　　3 单片机软件设计

　　利用Kiel51C语言对各模块进行编程，程序部分主要由主程序，AD采样、转换程序，数码管显示程序等组成。软件程序的流程图如图4所示。

　　

　　图4 软件程序的流程图