毕业设计（论文）_基于单片机的液体密度检测系统设计

1、安徽工程大学毕业设计（论文） 引 言随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之

2、一。随着社会的进步，液体密度测量技术越来越多的被应用于诸多领域，在计量、科研和工业生产中有着重要意义。对密度测量研究及其应用涉及国际间的科技交流与合作，是显示一个国家现代计量水平的重要方面。所以，对于液体密度检测仪的设计和完善有着重要的意义。液体密度测量不仅具有很重要的意义，而且用途非常广泛，它涉及到日常生活、国民经济和科学技术等诸多领域，是科学技术发展的重要方面。对液体密度检测仪的设计和完善，具有非常重要的意义。本设计精确度高、测量速度快、测量范围广、使用方便，具有相当的实用价值。第1章 概述 密度的测量方法有很多种，如流体静力称量法、密度瓶法、浮计法、静、动压法、以及振动法等。本设计选用了

3、振动法，因为其他的方法不能更简单的实现密度与电信号之间的转换。由于本设计是在单片机的基础上完成的，所以对于密度与电信号之间的转换是非常必要的。振动法是利用振筒式液体密度传感器将液体的密度参量转换成振筒的固有频率，再通过驱动电路将该频率转化成频率的电信号后，利用单片机对该信号进行测频和查表，最终显示出液体的密度值。它结构简单，工作效率较高。但是在它的工作过程中，我们遇到了一些外界因素如环境温度及外界压力等对测量的干扰。为了解决这些问题，本设计采取了温度补偿措施，还对振筒的加工材料作了一定的要求。在软件设计中采用了多次测量取平均值的方法减小了测量误差。还对所测得的频率值作了非线性处理，解决了所测值

4、可能不能与对照表中的频率值相对应的问题。本课题是利用描述性语言设计液体密度检测系统及其在实际生活中的发展与应用。 课程研究的内容是一种在实际应用中检测液体密度系统功能的实现方法和在其实现过程中需要注意的几个问题具体设计内容可设计为以单片机为主控制系统，执行系统为振筒式传感器，收集信息端把从传感器得到的信息输给单片机，经单片机一系列处理后，把结果送给显示器、控制系统。其主要工作过程如下图所示控制监测对象振筒式传感器输入接口单片机输出接口显示记录设备图 1-1 液体密度检测系统的结构图本设计要求的是以单片机作为主控制系统，执行系统为振筒式传感器，在两者之间通过接口进行数据交换时，如何保证数据的准确

5、性和及时性，如何对传输信号进行校验等。具体内容如下：选择一种最合适的单片机，通过硬件的设计使单片机和其他设备之间的信号电平、传输速率保持一致。 根据所选的单片机和传感器编写一定的测频程序、查表程序和显示程序，完成传感器输出频率的测量和液体密度的显示。第2章 液体密度传感器2.1 液体密度传感器的概述 随着科学技术的发展、进步,测量方法也在不断地进步.液体密度通常可用密度计来测量,但是,近年来由于非电量电测法的迅速发展、各种传感器的广泛应用,加上有时又要进行自动测量或非接触测量,这时,电测法就显示出极大的优越性,因而广泛应用于非电量的测量和控制中.为此,我们设计、制作了液体密度传感器1。2.2

6、振筒式液体密度传感器振筒式液体密度传感器计是一种高精度的在线动态测量液体密度的传感器。它的敏感元件,即振动子是中空薄壁弹性振筒。当被测液体流经它时,振动振筒的共振频率发生变化,即振动振筒的共振频率由液体的密度所决定,液体密度不同,它所对应的振动振筒的共振频率也不同。因此,通过测定振动振筒的共振频率即可求出待测液体的密度。该密度计的主要优点是:(1)可以安装在振筒道上,连续进行液体的密度测量;(2)测量精度可达005%以上;(3)输出为频率信号,容易传输可以数字化显示;(4)安装简便,故障率极低。由于具有以上优点,它可应用于各个领域中如:油田的原油密度及质量计量;石化系统成品油的比重及质量;在食

7、品工业中用来做牛奶、咖啡精等的密度控制等【1】。下面从该密度传感器的测量原理、电路、设计及其应用等方面作一介绍。2.2.1 测量原理液体密度传感器是用低温度系数的镍铬合金(3j58)制成的长度为l ,直径为d的中空薄壁振筒,它的两端被固定在基座上,如图2-1所示。由激励线圈、振动振筒、检测线圈、放大电路组成一个反馈振荡系统。它利用振动振筒的高品质因数,在振动振筒的固有频率上振动。当被测液体从振动振筒内流过时,被测液体随着振动振筒一起振动,成为振动质量的有效部分,使振动系统的总质量生了变化,从而改变了系统的固有频率。显然,不同的液体密度将得到不同的系统固有振动频率,检测出系统的固有振动频率,即可

8、确定被测液体的密度值1。2.2.2 误差因素1温度影响被测液体与周围环境的温度变化会引起传感器的几何参数、弹性模量和材料密度的改变,导致振动振筒谐振频率的变化,给密度测量结果带来一定误差。温度升高,振动振筒的长度变长引起振动周期增加,使测量结果增大;反之温度降低,测量结果减小。为减小这种误差,振动振筒应采用频率温度系数小的材料。本密度传感器所采用的3j58型恒弹性镍铬合金具有较低的频率温度系数(110-5/c)。2压力影响对振动振筒来讲,振筒壁越薄,压力的影响越大,从这点来讲,振筒壁应厚一些;但振筒壁的增厚却使传感器的灵敏度降低,所以振筒壁的厚度应取适当。本液体密度传感器振动振筒的壁厚为1mm

9、,能同时达到这种要求。3流量影响液体在振动振筒中流动时,作用于振筒壁的压力等于静压力和动压力(速度压力)之和。因振动振筒的截面一定,所以当被测液体的流量变化时,必然引起其流速变化。当流速较小时,动压力可以忽略不计。当流量增大使流速很大时,作用于振筒壁上的动压力亦增大。所以流量的变化对振动频率的影响实质是被测液体对振筒壁压力变化所造成的,它的误差性质同压力的影响相同,即流量增大,使振动频率减少,引起测量结果增大。但在一定范围的流量内,可不考虑其影响。图 2-1 液体密度计原理框图4粘度影响由于液体的内摩擦力的作用,使振筒壁受到一剪切力,会影响振动振筒的振动频率变化。但是因液体大致与振动振筒成一体

10、而运动,所以粘度的影响远比振动振筒作纵向振动时为小,可忽略不计。5液体内含有气泡的影响液体内含有气泡,会使振动振筒振动减弱,周期增大,从而使被测液体的密度显示增大。为了排除这一误差,密度传感器应垂直安装,使液体自下而上地流动,减少气泡生成的机会。2.2.3 电路组成图2-1所示为密度传感器原理方块图。振动振筒在外界电脉冲作用下,产生振动,通过检测线圈的磁性耦合,将振动的位移信号变为电信号,该电信号经放大电路放大后加到激励线圈上用来激励振动振筒,使振动振筒长期稳定地振动。同时输出相应的脉冲频率信号,以供密度的检测显示之用。图2-2所示为图2-1中检测、激励部分的电路方框图,它的作用是不断地补充振

11、动振筒在振动中的能量损失,使振动振筒能长期稳定地振动并把频率信号输出。作为密度显示的依据。首先分析振动振筒振动过程中的受力情况。振动振筒在振动过程中,除了受弹性力的作用外, 还受惯性力、阻尼力的作用,若用x表示振动振筒的位移,则弹性力f弹=kx (k为弹性系数)与x反相,惯性力f惯与x同相,阻尼力f阻与速度相反。前置放大器移相器整形电路功放单 稳电 路输出检测激励图 2-2 电路方框图这里位移与时间的关系为x =sint ,其速度x=cost显然速度超前位移2,阻尼力滞后位移/2,也即与速度x相反。它们的关系如图2-3所示。f弹f惯f阻xx图 2-3 振动管受力情况在谐振时,弹性力、惯性力大小

12、相等方向相反,若要使振动持续下去,必须外加一个与阻尼力大小相等但方向相反的激励力f激,其相位超前/2。f激与流过线圈的电流i有关,而电流i又与检测线圈感应电势e有关。根据电磁感应定律,感应电势和磁通变化率成正比,且反向。因为检测线圈的磁通是变化的,而且与位移矢量x同相,所以e与x反相。在忽略其它条件下,放大器相位移应是=2n-,(n=1,2)即可,再根据功率要求,加上功放级,就可以维持振动振筒的稳定振动。可供密度的检测使用。振动振筒式密度计的振动频率与被测介质密度的关系可用下式来表示d =k2t2+k1t+k0 （2-1）式中t =1/f振动振筒式密度计的振动周期(等于振动频率的倒数)d被测介

13、质液体的密度k0、k1、k2振动振筒式密度计的标定常数2.3 振筒式传感器的驱动电路1图2-4 振筒式传感器的驱动电路下面来看看正弦波振荡的起振条件：在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，而若要如此，电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。正弦波振荡的平衡条件为： （2-2）幅度平衡条件： （2-3）相位平衡条件： （2-4）正弦波振荡的起振条件为： （2-5） 如图2-3所示的振筒式传感器的驱动电路，它是一个正反馈闭环系统。欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须满足条件： （

14、2-6） 即： （2-7） （2-8） 这样，在接通电源后振荡电路就有可能自行起振，最后趋于稳态平衡。从上面可以看出，自动增益调节和相位调节成为维持振荡的关键环节。本电路的几个关键环节还可以按下列方案设计：1自动增益调节采用负反馈来实现谐振系统增益的自动调节。方法是利用输入信号本身的幅值大小作为控制信号来控制可调增益放大器的增益变化。2带通滤波为了提高精度，消除环境对于信号的干扰，滤波器也成为谐振电路设计中的一个重要环节。由于仪器对于低通滤波的要求不高，用放大器搭成普通的2阶的无限增益多路反馈低通滤波器即可。2.4 温度补偿电路振动筒的固有振动频率不仅与振动筒的固有属性有关，还与外界环境因素如

15、温度等有一定的关系，无法消除这些因素的影响，但是可以对此进行补偿处理，尽量使外界因素对固有振动频率的影响减到最低1。2.4.1 ad590温度传感器ad590温度传感器是一种已经ic化的温度感测器，它会将温度转换为电流，集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值vbe与热力学温度t和通过发射极电流i的关系实现对温度的检测。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mv/k，温度0时输出为0，温度25时输出2.982v。电流输出型的灵敏度

16、一般为1ma/k。它的主要特如下： 1流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：i=t式中：i流过器件（ad590）的电流，单位为ma； t热力学温度，单位为k。 2ad590的测温范围为-55+150。 3ad590的电源电压范围为4v30v。电源电压可在4v6v范围变化，电流 变化1ma， 相当于温度变化1k。ad590可以承受44v正向电压和20v反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 4输出电压为710mv。 5 精度高。ad590共有i、j、k、l、m五档，其中m档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。ad590的元件符号如图2-5所示：ad

17、590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1a输出电流，因此在室温25时，其输出电流为 （2-9） 图2-5 ad590的元件符号图图2-6所示电路是ad590的基本应用电路：图2-6 ad590基本应用电路 注意：1. vo的值为io乘上10k，以室温25而言，输出值为10k298a=2.98v2. 测量vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。2.4.2 lm324四运放集成电路lm324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2-7所

18、示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“v+”、“v-”为正、负电源端,“vo”为输出端。两个信号输入端中,vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端vo的信号与该输入端的位相反;vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端vo的信号与该输入端的相位相同。lm324的引脚排列如图2-8所示 图2-7 运算放大器 图2-8 lm324的引脚排列图由于lm324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中1。2.4.3 温度补偿电路 前面我们已经介绍了温度传感器ad590和lm324运算放大器的一些工作特性，那么在本设计

19、中是如何实现温度补偿的呢？见图2-9。首先，ad590温度传感器对温度进行测量，并将温度系数转换成电压信号，再通过lm324运算放大器对电压信号进行放大后，输出送给单片机进行处理，具体的处理过程比较复杂，这里就不作介绍了。单片机对输入的电压信号进行处理后，再根据经验公式对液体密度的测量进行补偿。图2-9所示温度补偿电路可以完成下列转换： 1 （2-10） 将此电压送入单片机，由经验公式计算，可实现对液体密度传感器的温度补偿。图2-9 温度补偿电路2.5 正弦波整形电路图2-10所示电路为正弦波整形电路。它利用施密特触发器在状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡

20、的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。 从传感器得到的矩形脉冲信号经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果4。图2-10 正弦波整形电路2.6 频率信号处理部分的电路

21、原理图通过上面几节内容的介绍，已经知道了液体密度传感器的各部分组成和工作原理了，下面来把它们连接起来构成一个较为完整的电路。振筒驱动电路实现的只是对振筒的驱动以及选出振动筒的固有频率的作用，它不能完成对频率信号的处理。因此驱动电路输出的信号还需要进行再处理才能更方便的被测出频率8。图2-11所示为频率信号处理部分的电路原理图：图2-11 频率信号处理部分的电路原理图2.7 传感器设计中所遇到的问题及解决方案在上面的内容中已经介绍了振筒式液体密度传感器的各部分组成及其工作原理。下面就振筒式液体密度传感器的结构设计作些说明。振筒式液体密度传感器是利用机械的振动与被测液体密度的关系进行测量的，其敏感

22、元件是弹性振动体，振动体的固有振动频率随流经的液体密度变化而变化，当被测液体流过传感器时，受激振和拾振器件作用的振动敏感元件的共振频率随液体密度变化而变化，可以通过测量振动体的共振频率获得被测液体的密度。传感器系统结构包括振动筒、拾振线圈和激振线圈、信号处理电路三个部分。其中振动筒是传感器的敏感元件。拾振线圈和激振线圈与振动筒一起置于被测液体中，通过支撑结构固定在振动筒的两侧。激振线圈与拾振线圈中间装有磁芯以加强激励效果。信号处理电路系统包括谐振电路与单片机数据采集处理电路。振动筒是传感器的核心部件，振动筒结构性能直接影响传感器的性能参数。通过有限元计算，选定圆筒谐振子的尺寸参数：有效长度40

23、mm,外半径10mm，壁厚0.10mm，空气中谐振频率为3126hz。下面来看看在振动筒设计中的几个关键问题：首先，温度变化会引起材料的几何参数、弹性模变、材料密度等发生变化，从而引起振动频率变化。为减少温度误差，振动筒应该选择合适的材料。其次，外界压力变化会引起振动筒变形，影响振动筒振动频率。采取的措施是选择对压力变化不敏感的振型，同时将振筒浸入液体中，振筒内外压力相抵，减少对振筒振动频率的影响。还有就是黏度的影响，由于摩擦力的作用使筒壁受到剪切力，会影响震动筒振动频率。但是如果流体流速很低，并同振动筒一起运动，黏度的影响将大大减小。1材料的选择材料在宽温度范围内要具有极稳定的弹性模量和极小

24、的尺寸变化，本设计选用恒弹性镍铬弹性钢3j53作为振动筒材料。其弹性模量为195gpa，密度为8,工作温度为-40+80，温度范围内频率温度系数为/，满足宽温度范围的震动筒应用要求。2加工工艺的选择为了满足传感器的使用要求，对振动筒的加工工艺提出了很高的要求，包括优良的音频特性、光洁度、壁厚的均匀度、内外壁的同轴度、圆度，以及整体尺寸的精确度。鉴于3j53良好的高温热塑性，对振动筒采用了分体式工艺，对中间振动部位采用热拔工艺，然后对其进行热处理，使其性能达到所需要求。由于分体式振动筒的中间薄壁部件与上帽底座的刚性连接是薄壁与壁厚的连接，普通的焊接方法会使薄壁件产生热变形，而且长时间的热状态会破

25、坏振动部位的金属弹性性能，使振动筒失效，为此，选用了yag激光焊接机进行焊接。激光加工为脉冲能量，激光焊接可以使紧密配合的两部件瞬间融合，将脉冲频率调节到最佳，使脉冲点叠加，可以瞬间融化金属使之结合，不会改变金属的物理特性，能做到较好的连续焊接。分体式结构的上帽与底座采用的振动部位材质性能相近的不锈钢1cr18ni9ti,在振动部位结合处是紧密配合。经过yag激光焊接机焊接得到的振动筒，表面无缝隙、无偏轨、光滑、牢固、可靠、音频特性良好。通过上面的方案解决所遇到的问题后，可以得到下面的一些技术指标8。液体密度传感器主要技术指标如下：精度： 0.05%fs温度迟滞： 0.015%fs温度系数：

26、0.015%fs/长期稳定性： 0.03% fs/12个月工作温度范围： 040供电电压 ： +5v0.2v dc功耗： 150mw测量介质： 液体测量密度类型： 绝对密度第3章 硬件部分设计前面已经介绍了密度传感器的相关内容，密度传感器只能实现密度与频率信号之间的关系转换，它不能直接读出液体的密度值，要想得到密度值还需要单片机系统的再次关系转换，只不过，这次是通过对频率的测量后，找到该频率所对应的密度值，单片机所要实现的也就是测频和查表功能了。下面是单片机系统的一些主要部件的功能和结构原理图的简介。3.1 at89c51简介下面我们来看看at89c51的相关引脚的功能：1vcc（40）：电源

27、端，为+5v。2vss（20）：接地端。3xtl1（19）和xtl2（18）：接外部晶振和微调电容。单片机是一种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在xtl2上加外部时钟信号。 4.rst/vpd（9）：rst：复位信号输入端，高电平有效，当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。5p0口：8位准双向i/o口。每位能驱动8个ls型ttl负载，p0口可作为一个数据输入/输出；在cpu访问片外存储器时，p0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据

28、总线。6p1口：8位准双向i/o端口，每位能驱动4个ls型ttl负载4。3.2 led显示器简介led显示器的结构如图3-1所示。连同小数点在内，一共是8个led。点亮适当的字段，即能显示09的数字和某些字符、符号。这种显示器有两种形式：一种是发光二极管的阴极连在一起的共阴极显示器，另一种是阳极连在一起的共阳极显示器。7段显示器的字符形状有些失真，能显示的字符数量较少，但控制简单，使用方便，故在数字显示和控制仪器中得到了广泛应用gabcfed图3-1 显示器结构本设计中用的是动态显示。所谓动态显示，就是轮流点亮各位显示器，该方法只需一个8位断码输出口和一个8位扫描输出口（显示位数小于8时），后

29、者的作用是依次接通各位led。动态显示小需要较大的驱动电流，故在输出口之后尚需加驱动器。显示器的亮度既同驱动电流有关，也同点亮时间与间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高且较稳定的显示。图3-2 led动态显示驱动电路由于所有的led模块公用了驱动端，所以其驱动的设计方法需要采用分时扫描（也称动态扫描）方法来实现对所有led的显示驱动，其原理如下（以图3-2为例）：1.将a0设置为高电平，也即允许第一组led显示，同时将a1设置为低电平，也即关闭该阴极所对应的led组的显示；2.在p0口输出a0组对应的显示数据，如字符点阵数据，7段码对应的数字的数据等，该数据可以通过rom表的

30、形式来预先定义；3.保持一定的时间t，该时间即为所设定定时器的中断时间；4.将a0口设置为低电平，关闭a0组led的显示；5.将a1设置为高电平，a0设置为低电平，开启a1组对应的led的显示；6.在p0口输出a1组对应的显示数据；7.重复以上步骤，直到所有组被扫描一遍，然后又从a0组开始下一个循环，如此周而复始，实现所有led的动态显示24。3.3 硬件电路原理图图3-3所示为硬件电路原理图。前面我们已经介绍了单片机at89c51的相关引脚功能和led显示器的工作原理。在本设计中，当输入信号送到单片机后，单片机即对该信号进行测频，然后通过非线性处理经查表后输出显示出液体的密度值。具体的工作过

31、程在第4章里有详细的说明，这里就不作具体的介绍了。图3-3 硬件电路原理图第4章 软件部分设计在前面已经介绍了基于单片机系统的液体密度检测模块设计的硬件部分设计，它主要是由密度传感器和单片机系统组成的。密度传感器可以实现将液体密度转换为信号频率，单片机系统可以实现对信号频率的测量以及将频率换算成密度值输出显示。然而光靠这些硬件是无法得到最终结果的，它还需要软件部分的内容来辅助完成。4.1 主程序流程图 图4-1所示为本设计的主程序流程图本设计的程序所要实现的主要功能就是测频和查表，但是在实现该功能的过程中还附带了许多辅助功能。首先，初始化是必不可少的，之后便是中断服务，中断部分所测出来的多组频

32、率值还需要进行进一步的处理如均值滤波，非线性处理等。才能得到较为准确的与频率密度对照表相对应的频率值，从而得到密度值输出显示。 开始定义堆栈区显示缓存单元清t0计数，t1定时开中断放置循环次数均值滤波查表bcd变换调用显示子程序等待定时中断请求图4-1 主程序流程图设计中设定一次测量时间为1s，闸门时间为100ms，所以要进行10次测量计数。由于采用的是12mhz晶振，所以必须把t0的初始值设定为3cb0h。另外还设定8次测量。4.2 中断子程序流程图中断子程序实际上就是测频的程序，它完成的功能是对1s进行10次分割，然后测量出在这1s的时间里输入的方波信号有多少个周期，将所得到的数值存进30

33、h和31h。如此进行8次测量后，将得到8个数值，然后进入到均值滤波阶段。图4-2所示为中断子程序流程图进入均值滤波程序8次测量减1计数是否返回8次是否到？计数值送30h、31h1s定时开始/计数开始中断开始1s到图4-2 中断子程序流程图4.3 均值滤波子程序流程图在进行测量过程中，因为有诸多因素的影响，一次测量是不能读出较为准确的频率值的。只有进行多次测量求得的平均值才是最为接近真值的。在本设计中，采用的是8次测量，除去最大值和最小值再对剩下的6个数求平均值，最后得出需要的频率值。图4-3所示为均值滤波子程序流程图。均值滤波开始找出最大值找出最小值求其余六数的平均值进入非线性处理程序图4-3

34、 均值滤波子程序流程图4.4 非线性处理子程序流程图图4-4所示为非线性处理子程序流程图非线性处理过程实际上就是对得出的频率值进行处理的一个过程。因为所给出的频率密度对照表是一一对应的关系，表中并不是包括所有可能读出的频率值。那么如果得到频率值在表中找不到对应的值，该怎么办？就必须对它进行一次非线性处理，使得到的频率值向表中最为接近的频率值靠近，并选定该值。实际上也就是将定值对照改成了范围对照了。因为频率密度对照表是经过多次实验得出来的经验总结。它也不是绝对的准确，它也有一个波动范围的，所以可以把该波动范围内的频率值所对应的密度值都认定为它所对应的密度值。通过上面的操作，就不会因为在对照表中找

35、不到读出来的频率值而不知所措了。开始查频率表查系数表查密度表进入显示程序图4-4所示为非线性处理子程序流程图4.5 显示子程序流程图数码显示器最后显示的是十进制数，而单片机进行的都是十六进制操作，那么就需要一个程序将十六进制数转化为十进制数显示。那么如何进行这一转化关系操作呢？图4-5所示为显示子程序流程图开始初始化查段码表送段码延时送位选返回图4-5 显示子程序流程图结论与展望随着社会的进步，液体密度测量技术越来越多的被应用于诸多领域，在计量、科研和工业生产中有着重要意义。对密度测量研究及其应用涉及国际间的科技交流与合作，是显示一个国家现代计量水平的重要方面。所以，对于液体密度检测仪的设计和

36、完善有着重要的意义。本设计通过对液体密度传感器的设计，驱动电路、温度补偿电路的设计，单片机硬件部分以及单片机软件部分的设计。最终实现了对液体密度的测量。它具有精确度高、测量速度快、测量范围广、使用方便等特性。具有相当的实用价值。本设计选用了振动法，因为其他的方法不能更简单的实现密度与电信号之间的转换。由于本设计是在单片机的基础上完成的，所以对于密度与电信号之间的转换是非常必要的。振动法是利用振筒式液体密度传感器将液体的密度参量转换成振筒的固有频率，再通过驱动电路将该频率转化成频率的电信号后，利用单片机对该信号进行测频和查表，最终显示出液体的密度值。它结构简单，工作效率较高。但是在它的工作过程中

37、，我们遇到了一些外界因素如环境温度及外界压力等对测量的干扰。为了解决这些问题，本设计采取了温度补偿措施，还对振筒的加工材料作了一定的要求。在软件设计中采用了多次测量取平均值的方法减小了测量误差。还对所测得的频率值作了非线性处理，解决了所测值可能不能与对照表中的频率值相对应的问题。本设计中采用了查表程序，由于测得的频率值并不能都与频率密度对照表中的频率值相同，所以采用了非线性处理，因而就会存在一定的误差。而且一些外界因素也会对测量产生影响。尽管采用了一些补偿措施以减小误差，但是不能从根本的解决问题。液体密度测量不仅具有很重要的意义，而且用途非常广泛，它涉及到日常生活、国民经济和科学技术等诸多领域

38、，是科学技术发展的重要方面。对液体密度检测仪的设计和完善，具有非常重要的意义。本设计精确度高、测量速度快、测量范围广、使用方便，具有相当的实用价值。致 谢本设计是在李炳荣老师的悉心指导下完成的。李老师严谨求实的治学、孜孜不倦的敬业精神、循循善诱的教学风格和正直坦荡的为人风范使我受益匪浅，并将成为学生未来人生道路上的一盏明灯，谨此向李老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢!借此机会也向给予我无私帮助的院校的各位老师和同学们表示最衷心的感谢。感谢08级同窗好友的热情帮助!衷心感谢评审论文的各位专家、教授为本设计提出宝贵的意见。感谢我的父母，正是他们默默地给我支持，深深地为我祝福，用无私的关爱和理解陪伴我

39、走过人生的每一个站。能够和父母一起分享成功的喜悦我最大的快乐。感谢所有关心我的人。谢谢! 作者： 2008年6月5日 参考文献 1 贾伯年,俞朴.传感器技术m.南京:东南大学出版社,2000 2 求是科技.pic单片机典型模块设计实例导航m.北京:人民邮电出版社,1999 3 蒋敦斌,李文英.非电量测量与传感器应用m.北京:国防工业出版社,19994 宋浩,田丰.单片机原理及应用m.北京:清华大学出版社,20005 陈润泰,许昆.检测技术与智能仪表m.长沙:中南工业大学出版社,19946 黄贤武.传感器实际应用电路设计m.成都:电子科技大学出版社,19977 余永权,汪明慧,黄英.单片机在控制

40、系统中的应用m.北京:电子工业出社,2003.108 陈跃东.ds18b20集成温度传感器原理及其应用n.安徽工程科技学院报,2002.4.22-269 琚雪梅,王玉斌,张巍,卢崇考. 电容式高分子湿敏元件敏感材料的选择j传感器技术, 2003,(02).31-34 10 at89c52的智能湿度控制器的设计,卞金洪,盐城工学院学报(自然科学版) 2007年 03期.16-1911 湿度传感器的新进展,骆如枋, 化学传感器, chemical sensors, 编辑部邮箱 1993年 04期17-19 . 12 周志刚. 化学传感器的新进展j传感器世界, 1997,(02).27-29 13

41、电容式湿度传感器性能测试方法分析,刘兆东,许言, 信息技术,编辑部邮箱 2007年 02期26-2814 陈步月.基于单片机的测试技术原理与应用m.北京：机械工业出版社,200715 闻颖梅,任民峰.心电图入门m.北京：人民卫生出版社,198016 顾文荣,丁序.心电图快速学习法m.武汉：人民卫生出版社,198417 周航慈.单片机应用程序设计与技术m.北京：北京航空航天大学出版社,200218 辛友顺,胡永生.单片机应用系统的设计与实现m.福建：福建科学技术出版社，200519 蔡振江.单片机原理及应用m.北京：电子工业出版社,200620 王元庆.新型传感器原理及应用m.北京：机械工业出版

42、社,200621 黄志伟.心电信号的检测技术与临床应用.中国测试技术2005 22 李文芳.基于心电信号ads7825的心电监测系统的设计与实现j.中国医疗器械信息,2006,(03).12-1423 贾伯年主编. 传感器技术 (修订版)m. 南京：东南大学出版社,200424 程得福,林君编著.智能仪器m.北京:机械工业出版社,200525 姚伟,张国雄,樊玉铭,任俊峰,陈卫东.振动筒式液体密度传感器的电路设计j.传感器技术,2006.29（4）: 161-16226 李广弟，朱月秀，王秀山编著.单片机基础m.北京:北京航空航天大学出版社，200127 tam ancestral roots

43、. pressure measurement instrumentsm, beijing: machinery industry press, 198128 tycoon. thermal process instrumentationj, beijing china power press, 199729 /xxyd/103.htm附录a 总设计图附录b 引用的外文文献及其译文the introduction of the at89c51258-bit microcontroller with 4k bytes in-system programmab

44、le flash,atmel： features compatible with mcs-51 products 4 kbytes of in-system reprogrammable flash memoryendurance: 1,000 write/erase cycles fully static operation: 0 hz to 24 mhz three-level program memory lock 128 x 8-bit internal ram 32 programmable i/o lines two 16-bit timer/counters six interr

45、upt sources programmable serial channel low power idle and power down modesdescriptionthe at89c51 is a low-power, high-performance cmos 8-bit microcomputer with 4 kbytes of flash programmable and erasable read only memory (perom). the device is manufactured using atmels high density nonvolatile memo

46、ry technology and is compatible with the industry standard mcs-51 instruction set and pinout. the on-chip flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer.by combining a versatile 8-bit cpu with flash on a monolithic chip, the atmel at89

47、c51is a powerful microcomputer which provides a highly flexible and cost effective solution tomany embedded control applications.the at89c51 provides the following standard features: 4 kbytes of flash, 128 bytes ofram, 32 i/o lines, two 16-bit timer/counters, a five vector two-level interrupt archit

48、ecture, afull duplex serial port, on-chip oscillator and clock circuitry. in addition, the at89c51 is designed with static logic for operation down to zero frequencyand supports two software selectable power saving modes. the idle mode stops the cpu while allowing the ram, timer/counters,serial port

49、 and interrupt system to continue functioning. the power down mode saves the ram contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset.pin descriptionvccsupply voltage.gndground.port 0:port 0 is an 8-bit open drain bidirectional i/o port. as an output p

50、ort each pin can sink eight ttl inputs. when 1s are written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedance inputs. port 0 may also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during accesses to external program and data memory. in this mode p0 has internal pullups.port 0 a

51、lso receives the code bytes during flash programming,and outputs the code bytes during program verification. external pullups are required during program verification.port 1:port 1 is an 8-bit bidirectional i/o port with internal pullups. the port 1 output buffers can sink/source four ttl inputs. wh

52、en 1s are written to port 1 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. as inputs, port 1 pins that are externally being pulled low will source current (iil) because of the internal pullups.port 1 also receives the low-order address bytes during flash programming and

53、 program verification.port 2 :port 2 is an 8-bit bidirectional i/o port with internal pullups. the port 2 output buffers can sink/source four ttl inputs. when 1s are written to port 2 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. as inputs, port 2 pins that are externally being pulled low will source current (iil) because of the internal pullups. port 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses (movx dp