潜水泵计量参数智能转换数显仪

【摘要】“潜水泵计量参数智能转换数显仪”是与原潜水泵测量系统配套使用，为提高潜水泵测量过程的自动化、智能化，提高工作效率而设计制作的仪器.本文着重讲述了设计思想和设计过程中出现的问题及解决办法。

【关键词】参数；单片机；接口

1.问题的提出

潜水泵从厂家的设计、定型、生产到用户的使用之前，国家的技术监督部门需对生产的各型潜水泵的技术指标进行考核，以保证用户最终能用上合格的产品。通常对潜水泵参数的测量按图1构成的系统来进行，测量系统主要由电参数测量仪器、转速、扬程、功率和效率，技术指标与测量参数之间的关系为：1）流量Q（升/秒）；2）功率N；3）扬程h，按公式计算，其表达式为：h=102XP+KQ2+Z，其中：压力P（mpa），由压力表或传感器测出，系数k，k=82628.8/D4，D为管路的直径，表位差Z，为水平面到压力表中心的高度；4）效率η，按公式计算，其表达式为：η=（Qxh）/（102xN）x100%，其中：转速N，N=n测，由测量转速仪测出。

按上述方法考核的技术指标是动态实际的指标参数，不能满足全行业统一衡量标准的要求，为此，国家规定，在考核潜水泵指标时，其动态测量的指标量的指标参数应换算成额定转速下的归一化值，额定转速为2860转/分，这样，各种规格型号的潜水泵性能的优劣可直观进行比较，其换算公式为：Q′=Q（n额/n测）；h′=h（n额/n测）；N′=N（n额/n测）；η′=η。

上述考核潜水泵参数的过程，通常由工厂技术质量部门或国家计量部门组织实施.实施过程中，检验人员除按要求布置测试环境条件外，还需实时地记录大量的动态数据并作统计，然后通过手工计算，得到潜水泵测试的技术指标。不难看出，检验人员所做的工作量相当大，对检验人员的素质有较高的要求。因此，为了使考核潜水泵的过程具有自动化、智能化，避免由于大量人工计算带来的效率低的问题，我们提出在原潜水泵测量系统的基础上，设计出一个“潜水泵计量参数只能转换数显仪”，它可与电参数测量仪器、转速、流量传感器的输出参数直接交链，使大量动态数据的采集、统计、计算可由智能转换仪来完成.

2.总体设计构想

本设计是以AT89C51单片机为核心，设计出与SFT―A型智能流量转速测量和PF300系列电参数测量仪的接口电路，完成对转速、流量、电参数等动态数据的采集；扩展的键盘电路可用于参数n额、管径D、表位差Z、压力P等参数的手动输入；数据人机交互接口、计算结果由扩展的中文液晶图文显示器来完成。潜水泵参数智能转换数显仪的原理框图如图2所示。

潜水泵计量参数智能转换数显仪的工作流程是：系统加电后，首先对中文液晶图文显示器、键盘控制电路和仪器接口进行初始化，然后完成潜水泵流量、转速及功率的采集，在根据测试环境，手动输入n额、管径D、表位差、压力P等参数，根据公式，计算扬程和效率，这些数据在单片机内进行处理，结果根据所设计的显示方式，在OCMJ中文模块系列液晶图文显示器显示出来。

3.主要技术问题和解决方法

3.1 人机交互信息接口的简化设计

在单片机应用系统中，同时需要使用键盘与显示接口时，为了节省I/O口线，常常把键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。在实际应用中，经常使用的只有几种典型的键盘、显示接口。

（1）8155扩展I/O的键盘、显示器接口

采用8155并行扩展口构成的键盘显示电路，最多可达64个键，只能显示数字。并且，8155初始化需要软件编程控制。

（2）串行口扩展的键盘、显示器接口

MCS―51单片机应用系统中，当不用作串行通讯时，可用来扩展并行I/O。用于键盘、显示器接口时，使用串行输入、并行输出移位寄存器74LS164，每接一片74LS164可扩展一个8位并行输出口，用以连接一个LED段选口作静态显示或作键盘中的8根列线使用。

（3）8279键盘、显示器接口

8279是专用键盘、显示控制芯片，且接口方便，但是，在8279初始化时，也需要软件的编程控制。

（4）BC7280键盘、显示接口

BC7280芯片是8位LED数码管显示及键盘接口专用芯片。通过外接移位寄存器，最大可以控制16位数码管显示或128只独立LED；BC7280芯片可以连接最多64键的键盘矩阵，内部具有去抖动功能，键盘为互锁式；BC7280的内部有上电复位电路，一般情况下不需要特殊的复位电路，而且，也不需要软件编程控制。

通过比较，BC7280比较适合。但是，上面提到的四种常用的方法都只能显示数字，不能显示汉字。然而，本设计中，除了要显示数字外，还要显示汉字，所以，只用到BC7280的键盘控制功能。最终，在显示时，选用了由金鹏科技有限公司设计的OCMJ中文模块系列液晶图文显示器，因为，OCMJ中文模块系列液晶图文显示器除了能显示数字外，还能显示汉字和英文，还能实现汉字、ASCII码、点阵图形和变化曲线的同屏显示，这符合我们的要求。键盘选取BC7280作为控制芯片；

3.2 采用中断的方式的键盘扫描

在实际应用中，键盘的工作方式一般有编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。由于BC7280具有按键保持功能，所以，在最初的设计中，就使用了编程扫描方式。

但是，后来发现，在工作中，并不经常需要输入，因此，无论是采用编程工作还是定时工作，CPU经常处于空扫描状态。为了进一步提高CPU效率，就采用中断扫描工作方式：即只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描，进而执行该键功能程序。

4.结束语

本设计经过实际安装与调试证明完全可行，而且硬件结构简洁，便于维护；其性能可靠性强，操作简便，能广泛应用于各种潜水泵性能的测试.和原潜水泵测量系统相比，减少了大量的人工操作，既节省了时间，提高了精确度，又降低了成本。

参考文献

[1]李朝青.MCS―51单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社，1998.

[2]浙江省机电设计院.SFT-A型智能转速测量仪操作使用说明书[S].1998，1.

[3]杭州威博测量控制技术研究所.PF300系列电参数测量仪产品说明书[S].

[4]金鹏科技有限公司.OCMJ中文模块系列液晶图文显示器使用说明书[S].

[5]比高公司.BC728X使用说明书[S].