MSP430F149單片機(jī)在新型電磁流量計(jì)中的應(yīng)用

MSP430F149單片機(jī)在新型電磁流量計(jì)中的應(yīng)用
   摘.. 要: 提出了采用低頻正弦波勵(lì)磁方式的電磁流量計(jì)設(shè)計(jì), 它在信號(hào)處理上比傳統(tǒng)的方式更加簡(jiǎn)便可靠。構(gòu)建了采用MSP430F149單片機(jī)的電磁流量計(jì)樣機(jī)。試驗(yàn)表明, 儀表測(cè)量精度良好。
  關(guān)鍵詞: 單片機(jī); 測(cè)量?jī)x表; 電磁流量計(jì)
   0.. 前.. 言
   電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式很多, 也各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。目前, 在正弦波勵(lì)磁方式下, 電磁感應(yīng)產(chǎn)生的微分干擾, 其干擾幅值與頻率成正比, 相位比流量信號(hào)滯后, 而且實(shí)際中一般又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量信號(hào), 所以如何克服微分干擾電勢(shì)的影響是正弦波勵(lì)磁技術(shù)的主要難題。在低頻正弦波勵(lì)磁方式下, 采用新的信號(hào)處理方法, 即把線圈內(nèi)的勵(lì)磁電流信號(hào)與兩電極輸出的流量信號(hào)相乘, 所得乘積的直流成分和流量成正比。采用這樣的處理手段, 在任何流速下(包括零點(diǎn)) , 微分干擾與勵(lì)磁電流信號(hào)相乘后都會(huì)被作為交流量濾去, 不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果, 這就減小了微分干擾的影響, 提高了流量計(jì)零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量準(zhǔn)確度。筆者采用MSP430信號(hào)處理器構(gòu)建了整套測(cè)量系統(tǒng), 此芯片將大量的外圍模塊整合到片內(nèi), 非常有利于單片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā), 而且軟件開(kāi)發(fā)工具功能*, 使用方便, 利于軟件的開(kāi)發(fā)、升級(jí)與維護(hù)。
  1.. 硬件系統(tǒng)
  基于低頻正弦波勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的硬件部分主要由: 傳感器、電源系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)、勵(lì)磁電路、信號(hào)處理電路構(gòu)成。它的總體結(jié)構(gòu)圖, 如圖1所示。圖1.. 硬件總體結(jié)構(gòu)圖
   1. 1.. 傳感器及電源系統(tǒng)
  傳感器直接由廠家制作, 這里就不詳細(xì)介紹了。本系統(tǒng)所用電源電壓種類(lèi)較多, 包括.. 24 V、.. 18 V、.. 12 V、.. 5 V 和+ 3. 3 V。電源系統(tǒng)采用兩個(gè)輸出+ 24 V和+ 12 V的開(kāi)關(guān)電源串連的方式組成基礎(chǔ)電源, 輸出.. 24 V、.. 12 V 和公共地。其它電源電壓則通過(guò)三端穩(wěn)壓芯片LM7818, LM7918, LM7805, LM7905 等產(chǎn)生。
   1. 2.. 勵(lì)磁電路
   本系統(tǒng)勵(lì)磁電路由勵(lì)磁信號(hào)產(chǎn)生電路和勵(lì)磁信號(hào)功率放大電路兩部分組成。勵(lì)磁信號(hào)產(chǎn)生部分筆者選用信號(hào)發(fā)生芯片ICL8038。ICL8038波形產(chǎn)生芯片是一塊能夠產(chǎn)生高精度的方波、正弦波、三角波和鋸齒波的集成電路, 需要的外部電路很少。通過(guò)調(diào)節(jié)外部匹配的電阻電容, 輸出的波形頻率可從0..001H z到300 kH z變化。ICL8038由高級(jí)的單塊集成電路技術(shù)制成, 它的輸出電壓可在很寬的溫度變化范圍和供電電壓變化范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。勵(lì)磁信號(hào)功率放大部分, 筆者采用運(yùn)算放大器LF356 執(zhí)行電壓放大與功率放大管T IP41、T IP42組成的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)推挽電流放大相結(jié)合完成。功率放大后的勵(lì)磁信號(hào)幅值為.. 8 V、160mA。
   1. 3.. 信號(hào)處理電路
   信號(hào)處理電路中采用四象限高速高精度乘法器芯片AD835AN 來(lái)實(shí)現(xiàn)線圈內(nèi)的勵(lì)磁電流信號(hào)與兩電極輸出流量信號(hào)相乘, AD835具有很高的差分輸入阻抗, 不需外接阻抗變換電路。乘法器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大與電平的提升以后進(jìn)入A /D 采樣。
   1. 4.. 單片機(jī)系統(tǒng)
   本測(cè)量系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149單片機(jī)作為MCU, 與晶振輸入模塊、復(fù)位電路、LCD 顯示模塊和鍵盤(pán)模塊共同構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。MSP430F149超低功耗微處理器是T I公司推出的一種新型單片機(jī)。它具有16位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu), 內(nèi)含12位快速A /D, 60K 字節(jié)FLASH ROM, 2K 字節(jié)RAM, 片內(nèi)資源豐富, 有ADC、PWM、若干T IMER、串行口、WATCHDOG、比較器等。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路使用的是將RST /NM I 引腳電壓拉低到GND, 然后釋放, 從而引起系統(tǒng)復(fù)位的方法。系統(tǒng)的鍵盤(pán)模塊采用獨(dú)立按鍵式鍵盤(pán)。由3個(gè)獨(dú)立按鍵分別與3只上拉電阻共同和MSP430的P1. 1、P1. 2和P1. 3相連, 并將這三個(gè)端口設(shè)置為上升沿中斷使能的方式, 利用中斷處理程序來(lái)判斷鍵盤(pán)輸入。
   2.. 軟件系統(tǒng)
   本測(cè)量系統(tǒng)軟件采用TI公司的430 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工具, IAR EmbeddedWorkbench作為終端軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái), 編程語(yǔ)言采用C430。T I公司的430 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工具專(zhuān)門(mén)用于430單片機(jī)以實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)。包含以下實(shí)用工具: 具有語(yǔ)法表現(xiàn)能力的文本編輯器、編譯器、匯編器、連接器、函數(shù)庫(kù)管理器、實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化的M ake工具和內(nèi)嵌C 語(yǔ)言級(jí)與匯編級(jí)的調(diào)試器C..SPY。本系統(tǒng)軟件由主程序、鍵盤(pán)菜單處理、定時(shí)器中斷、A /D 采樣、LCD 顯示等部分組成。系統(tǒng)程序流程圖, 如圖2所示。圖2.. 程序流程圖
   3.. 結(jié)束語(yǔ)
   在系統(tǒng)集成和調(diào)試的基礎(chǔ)上, 本研究對(duì)所研發(fā)的智能電磁流量計(jì)系統(tǒng)作了技術(shù)性能測(cè)試。試驗(yàn)所用傳感器的內(nèi)徑為45 mm, 在室溫下測(cè)量此口徑管道中水的流速, 并采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量罐進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)0. 156 m / s至3. 763 m / s的流速范圍做了測(cè)試, 測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差在- 3. 84%以?xún)?nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 基于乘法原理的這種信號(hào)處理手段具有良好的測(cè)量精度, 在小流速下也具有較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。特別是它采用了MSP430完成了整套測(cè)量系統(tǒng), 使外圍所要添加的器件更少, 使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔可靠, 也更方便了軟件的升級(jí)與更新。筆者的工作不僅為電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)提供了又一種有效的信號(hào)處理方法, 也為開(kāi)發(fā)更高性能、更智能化的電磁流量計(jì)提供了新的思路。
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