摘要：移動(dòng)式輸油系統(tǒng)是一種大流量的移動(dòng)式加油設(shè)備。采用了流量穩(wěn)定、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、使用和保養(yǎng)方便的KCB型防爆齒輪泵和橢圓齒輪流量計(jì)等高性能主要部件。這些主要部件可確保加油站控制和計(jì)量的準(zhǔn)確安全可靠。系統(tǒng)能方便、快速在A與B之間輸油并做相應(yīng)的記錄、打印。顯示輸油的瞬時(shí)流量、總量等，操作方便實(shí)用。其中，基于TC4538的F／V變換是核心部分，決定著整個(gè)系統(tǒng)的控制性能。
關(guān)鍵詞：AT89C51；流量傳感器；油泵；AD0809；頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路

    隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，超聲波、激光、電磁、核技術(shù)及微計(jì)算機(jī)等新技術(shù)引入流量計(jì)量領(lǐng)域，使得無(wú)接觸無(wú)活動(dòng)部件間接技術(shù)大大發(fā)展，流量傳感器趨向電子化和數(shù)字化，為流量計(jì)量開(kāi)拓新的領(lǐng)域。新型流量計(jì)要求非接觸式流量數(shù)字模型簡(jiǎn)明；量程比寬、線性化、數(shù)字化；可線性高，價(jià)格低廉，維修方便。隨著單片機(jī)的日趨成熟，移動(dòng)式輸油系統(tǒng)多功能控制電路的研究上了一個(gè)新的水平，利用移動(dòng)式輸油系統(tǒng)可以方便地到達(dá)所需加油的地方為其加油，高效便捷，而小批量的加油則不必把整個(gè)機(jī)器弄到加油站加油了。利用移動(dòng)式加油系統(tǒng)可以方便在兩方之間輸油，并做相應(yīng)的記錄、打印，還可以顯示油的單價(jià)、瞬時(shí)流量、瞬時(shí)總量、總價(jià)，操作控制靈活，方便實(shí)用。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)
1．1 傳感器電路的設(shè)計(jì)
    橢圓齒輪流量計(jì)是容積式流量計(jì)的一種，它對(duì)被測(cè)流體的粘度變化不敏感，特別適合測(cè)量高粘度的流體，甚至糊狀物的流量。橢圓齒輪流量計(jì)的工作原理如圖1所示。

    橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量部分是由兩個(gè)相互嚙合的齒輪A和B、軸及殼體組成。橢圓齒輪及殼體之間形成測(cè)量室。當(dāng)流體流過(guò)齒輪流量計(jì)時(shí)，由于要克服阻力將會(huì)引起阻力損失，從而使進(jìn)口側(cè)壓力P1大于出口側(cè)壓力P2，產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
    圖l僅僅表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1／4的情況，而其所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的四倍。故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為
    Q=4nV0          (1)
    式中n--橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度，V0--半月形測(cè)量室容積
    由式(1)可知，在橢圓齒輪流量計(jì)的半月形容積V0已定的條件下，只要測(cè)出橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速n，即可知道被測(cè)介質(zhì)的流量。橢圓齒輪流量計(jì)的流量信號(hào)(即轉(zhuǎn)速n)，有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種，配以一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及積算機(jī)構(gòu)，就可記錄或指示被測(cè)介質(zhì)的總量。
1．2 頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)
    電壓-頻率轉(zhuǎn)換器把頻率變化信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號(hào)。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)的解調(diào)等。

    圖2是由TC4538構(gòu)成的頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路。它對(duì)輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行微分，把微分電流變換為電壓，再進(jìn)行平滑獲得輸出電壓。TC4538是單穩(wěn)態(tài)電路，把輸入脈沖變換為具有一定寬度的脈沖。此電路的輸入／輸出之間的關(guān)系為U0=-fi×5×R5(C4+C5)。式中，基準(zhǔn)電壓+UREF為5V。通常按c4=C5設(shè)定參數(shù)。響應(yīng)速度由R5和R6確定，若頻率變低，則波紋電壓增大，因此，需要在輸出后接低通濾波器。即使波紋較大，但要加快響應(yīng)速度，還得減小C6。微分電容C4和C5由相對(duì)于最高輸入頻率的輸出電壓決定，要選用溫度系數(shù)小而具有溫度補(bǔ)償?shù)奶沾善娙?。例如，輸?～100Hz時(shí)其輸出電壓0～5V，根據(jù)輸出／輸入之間關(guān)系，C4=C5=5x1MΩ／(5Vx100Hzx2)=5000pF。
1．2．1 TC4538介紹
    TC4538是可觸發(fā)／復(fù)位的多諧振蕩器，觸發(fā)器的操作可由2個(gè)輸入開(kāi)頭或結(jié)尾來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檩敵鰡畏€(wěn)態(tài)脈沖寬度是由外部電阻和外部電容的時(shí)間常數(shù)決定的，這使輸出脈沖寬度的范圍更廣泛成為可能。測(cè)量動(dòng)態(tài)特性的波形如圖3所示。twout=10ms±5％(Rx=100kΩ，Cx=0．1 μF，VDD=10V)。
1．2．2 TC4069電路
    TC4069UB包含六個(gè)轉(zhuǎn)換電路。內(nèi)部電路是由一個(gè)單一階段逆變器組成，這適合應(yīng)用于CR振蕩器電路，晶體振蕩器電路和線性放大器電路也適用轉(zhuǎn)換器的情況。由于一階段門(mén)電路結(jié)構(gòu)，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)經(jīng)降低。引腳分布如上圖4左邊電路所示，右邊電路為兩個(gè)MOS管組成的非門(mén)電路。

1．2．3 TC4066電路
    TC4066B包含四個(gè)獨(dú)立的雙向開(kāi)關(guān)電路。當(dāng)控制輸入信號(hào)CONT被設(shè)置成“H”，開(kāi)關(guān)輸入與輸出間的阻抗變低，當(dāng)控制輸入信號(hào)CONT被設(shè)置成“L”，開(kāi)關(guān)輸入與輸出間的阻抗變高。這可以應(yīng)用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。4066電路引腳分布圖如下圖5左邊電路所示，右邊電路為4066邏輯電路圖。

1．3 單片機(jī)處理電路的設(shè)計(jì)
    AT89C51單片機(jī)的體積小、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高，片內(nèi)含4Kbyte的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。P2．4腳用于油泵的啟?？刂疲劣趫?bào)警電路，則采用晶體管驅(qū)動(dòng)的報(bào)警器。壓電式蜂鳴器約10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以用一個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)，各按鍵接口獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。
1．4 擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)
    74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通常需要74LS373芯片。74LS373與AT89C51連接如圖6所示。

    8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，具有3個(gè)8位的并行口I／O口，有三種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能，因而通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。
1．5 顯示電路的設(shè)計(jì)
    本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選碼并聯(lián)在一起，由位的段選碼并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I／O口控制。而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)由一個(gè)I／O口線控制。程序控制每個(gè)時(shí)刻只一位LED顯示，循環(huán)控制選擇每位LED輪流顯示不同字符。電路如圖8所示。
1．6 打印電路的設(shè)計(jì)
    TpuP-40A是一種由單片機(jī)控制的微型智能點(diǎn)陣式打印機(jī)，每行可打印40個(gè)字符，具有標(biāo)準(zhǔn)的Centronic并行接口，各信號(hào)線通過(guò)20芯扁平電纜引出，打印機(jī)接口電路如圖7所示。

2 總體設(shè)計(jì)
    移動(dòng)式加油系統(tǒng)控制電路的硬件設(shè)計(jì)總體電路圖如圖8所示。它是以AT89C51單片機(jī)為核心，外擴(kuò)8255和BIC8718接顯示器，同時(shí)利用74L S138片選四塊顯示器。通過(guò)鍵盤(pán)輸入單價(jià)，加油泵開(kāi)始加油，利用橢圓齒輪傳感器輸出頻率信號(hào)，再通過(guò)頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入莫屬轉(zhuǎn)換器AD0809，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入AT89C51單片機(jī)，處理之后送入顯示，然后接TpuP-40A打印機(jī)打印。

3 結(jié)束語(yǔ)
    本系統(tǒng)由傳感器和AT89C51單片機(jī)等構(gòu)成的輸油控制系統(tǒng)，具有較大的通用性，電動(dòng)機(jī)可以換四檔，油的單價(jià)也可設(shè)置，控制電路不變，比較靈活。本設(shè)計(jì)可采用一些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)及單片機(jī)控制的原理、及自動(dòng)化儀表等技術(shù)綜合設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的硬件電路。系統(tǒng)能方便、快速在A與B之間輸油并做相應(yīng)的記錄、打印。顯示輸油的瞬時(shí)流量、總量等，操作方便實(shí)用?；赥C4538的F／V變換是核心部分，決定著整個(gè)系統(tǒng)的控制性能。同時(shí)，系統(tǒng)具有操作控制靈活、安全性有保障，對(duì)于故障的檢測(cè)與控制及時(shí)可靠等特點(diǎn)。該控制系統(tǒng)只適用于一些小型的加油系統(tǒng)，如移動(dòng)式加油車(chē)，小型加油站等。