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超微量氣體流量計(jì)的硬件組成如圖l所示，被檢測(cè)氣體通過標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流元件，產(chǎn)生壓力差（△p），用高精度的壓差傳感器（硅壓力傳感器）檢測(cè)△p，并轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)的弱電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，傳送至A／D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字化的壓差量，根據(jù)該壓差量計(jì)算氣體的體積流量，并在氣路中接入一個(gè)比例電磁閥構(gòu)成氣體流量控制器，來控制氣體的流量。如果需要，還可根據(jù)氣體體積流量、氣體類型（系統(tǒng)內(nèi)置相應(yīng)密度）、溫度和濕度，進(jìn)一步計(jì)算出氣體的質(zhì)量流量。
選用Mc9S08GB60（簡(jiǎn)稱GB60 MCu）單片機(jī)作為氣體流量計(jì)的核心控制芯片，流量計(jì)提供基本的人機(jī)對(duì)話手段（包括LCD顯示和一個(gè)4鍵鍵盤），基于此可以對(duì)流量計(jì)進(jìn)行基本的控制
和設(shè)置，如工作模式、顯示、氣體類型和密度等參數(shù)的設(shè)置，保證流量計(jì)在獨(dú)立狀態(tài)下工作，并通過LcD顯示器輸出測(cè)量結(jié)果。另外，流量計(jì)還配備RS232和Rs485通信接口，利用Rs232接口，通過嵌入式控制系統(tǒng)或微機(jī)同樣也可以對(duì)流量計(jì)進(jìn)行控制和設(shè)置；RS485通信接口支持多機(jī)通信，一個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)可以控制多個(gè)流量計(jì)，并與它們通信，形成一個(gè)多點(diǎn)流量檢測(cè)系統(tǒng)。
當(dāng)一個(gè)或多個(gè)流量計(jì)作為組件在大型儀器內(nèi)部使用時(shí)，可以將LCD顯示和鍵盤去掉，以減小體積、節(jié)約成本。
1．1熱傳導(dǎo)式差壓傳感器
選擇CMOsens技術(shù)的基于熱式原理，將熱傳感器、信號(hào)放大器和A／D轉(zhuǎn)換器集成在一塊CMOS芯片上，并通過內(nèi)部微控制器將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行*標(biāo)定和溫度補(bǔ)償?shù)腟DPl000熱傳導(dǎo)式差壓傳感器，進(jìn)行超微量氣體流量的數(shù)據(jù)采集。與其它熱差壓傳感器相比，所需空氣量極少、量程更寬、性能更穩(wěn)定，在低差壓段的重復(fù)性*、可耐瞬時(shí)的較大壓力、對(duì)安裝方向不敏感，即使在惡劣環(huán)境中操作同樣安全可靠，能夠、快速地測(cè)量微小差壓。SDPl000差壓傳感器的主要性能指標(biāo)如下：
a．測(cè)量范圍為-5～125Pa，-20—500Pa，-100～3 500Pa：
b．精度和分辨率高，可達(dá)0．05Pa；
c．工作溫度范圍為一10一+60℃；
d．采用5 V電源供電，O．25～4V電壓輸出
（輸出電壓在0．25V以下表示負(fù)壓差，雖然是模擬輸出，但是內(nèi)部線性化和溫度補(bǔ)償均為數(shù)字化實(shí)現(xiàn)）。
SDPI000壓差傳感器具有線性和開方兩種輸出特性，在5V供電電壓線性輸出情況下的壓差值和輸出電壓之間的關(guān)系如圖2所示。

SDPl000壓差傳感器連接在氣路中時(shí)，推薦使用內(nèi)徑為3／16inch（1inch=O．025 4m）內(nèi)徑的軟管連接，根據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)量原理，差壓與氣體流量之間的關(guān)系如圖3所示。實(shí)驗(yàn)證明，該氣體流量計(jì)流量的可測(cè)范圍為O一500sccm（O℃時(shí)，lsccm=1．667×10L／s）。

1.2溫、濕度傳感器
選用基于cMOSens技術(shù)的SHTl0新型溫濕度傳感器，它將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換和IIC總線接口全部集成于一個(gè)芯片上，可通過IIC總線直接輸出數(shù)字量溫、濕度值，具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。濕度輸出分辨率為14位，濕度測(cè)量范圍為0一100％RH，精度在±3．0％RH；溫度輸出分辨率為12位，溫度測(cè)量范圍為-40一+123．8℃，精度在±0．4℃（25℃）；電源電壓為2．4～5．5V。
1．3硬件接口電路及系統(tǒng)任務(wù)分析
基于減小體積、降低功耗、提高可靠性以及縮短開發(fā)周期的思路，微控制器測(cè)控小系統(tǒng)采用如圖4所示的設(shè)計(jì)方案。

壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閛．25—4V的電壓信號(hào)后，經(jīng)ADCl接口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序之后將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出并寫入到全局變量中，以備計(jì)算流量時(shí)使用。sHTl0溫度和濕度檢測(cè)芯片采用非標(biāo)準(zhǔn)的IIC接口和主處理器接口，因此無法與處理器自帶的標(biāo)準(zhǔn)11C接口通信，只使用兩條信號(hào)線與微處理器通信，可將基于80C5l微控制器的應(yīng)用程序移植到08微控制器上，通過該程序讀出的溫度和濕度數(shù)據(jù)寫入到兩個(gè)全局變量中，以備流量計(jì)算時(shí)使用。
人機(jī)交互的核心目的是設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、顯示輸出計(jì)量結(jié)果或系統(tǒng)狀態(tài)信息，可以被分解成鍵盤信號(hào)處理和LCD顯示任務(wù)。鍵盤信號(hào)處理任務(wù)的外部輸入信號(hào)雖然只有4種（4個(gè)鍵），但是，它的實(shí)際輸入信息卻很多，這些輸入信息大部分來自內(nèi)部存儲(chǔ)的全局變量（包括系統(tǒng)狀態(tài)、氣體類型狀態(tài)、當(dāng)前設(shè)定的位置、當(dāng)前設(shè)定量的值等），因此其處理程序分支流程較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。顯示任務(wù)主要是刷新LcD顯示，由一系列子程序構(gòu)成，這些子程序往往被鍵盤信號(hào)處理任務(wù)、定時(shí)期任務(wù)或串行通信任務(wù)調(diào)用。
串行通信任務(wù)是通過微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量計(jì)的遠(yuǎn)距離控制和信息采集，本系統(tǒng)中的應(yīng)用程序按照通信協(xié)議的約定與流計(jì)通信，實(shí)現(xiàn)需要的功能，為使通信協(xié)議能夠同時(shí)支持人、機(jī)終端交互，通信協(xié)議特選用ASCⅡ碼字符作為通信元素，便于記憶、理解和使用。采用這種通信方式時(shí)可以選用Rs232或RS485兩種通信標(biāo)準(zhǔn)中的一種，Rs232僅支持點(diǎn)到點(diǎn)通信方式，RS485支持一主多從的多機(jī)通信方式。筆者設(shè)計(jì)的流量計(jì)／流量控制器采用RS485接口與微機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信時(shí)應(yīng)遵循的協(xié)議（Rs232通信可以參考RS485通信方式操作），*取代了小鍵盤和液晶顯示器的功能。
計(jì)算和控制任務(wù)：根據(jù)壓差（壓差）、溫度、濕度、氣體類型（對(duì)應(yīng)密度）以及參數(shù)信息計(jì)算出流量信息，并根據(jù)控制算法完成對(duì)比例調(diào)節(jié)閥的控制。