本文介紹(shao)了智能金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計 的(de)設計思路(lù)，以及系統(tǒng)硬件及軟(ruan)件設計。該(gāi)流量計由(yóu)于采用了(le)性能微處(chu)理器，一方(fāng)面将HART協議(yi)移植到金(jin)屬🈲管浮子(zi)流⭐量計上(shàng)實現總線(xian)通信，另一(yi)方面采用(yong)Kalman濾波方法(fa)，提高了流(liú)量計的精(jīng)度。同時在(zài)産品的設(she)計.上采用(yòng)模塊化設(shè)計降低了(le)系統的運(yùn)行故障。經(jīng)現場測試(shi)，流量計在(zai)組🐕态、精度(du)等方面都(dōu)達到了⛷️設(she)計要求。
1引(yin)言
　　早期的(de)流量計都(dōu)是模拟式(shi)儀表，信息(xi)傳輸采用(yong)的是4~20mA或👈1~5V的(de)模✔️拟信号(hao)，進行儀表(biǎo)參數的設(shè)定都需要(yào)到現場，通(tōng)過💘按鍵👈來(lái)完成。随着(zhe)控制技術(shu)，特别是網(wang)絡技術的(de)迅速發🔴展(zhan)，智能儀表(biǎo)正🧑🏽‍🤝‍🧑🏻逐步取(qǔ)代傳統的(de)模拟儀表(biǎo)，其标志主(zhǔ)要體現在(zai)高可靠性(xing)、精度佳和(hé)總線通信(xin)。在流量測(ce)量方面， 智(zhi)能的差壓(yā)流量計 、 電(diàn)磁流量計(jì) 都得到廣(guǎng)泛應用。而(ér) 金屬管浮(fú)子流量計(ji) 雖然在石(shi)油、化工、醫(yī)藥等領域(yù)有着廣泛(fan)的應用，但(dan)♉由于大多(duo)工作環境(jing)惡劣，金屬(shǔ)管浮子流(liú)量計的智(zhi)能化改造(zào)有着一定(dìng)的技術困(kùn)難，加之金(jin)屬管浮子(zi)流量計本(běn)身是低成(chéng)本的儀表(biao)，如果改造(zao)成本過高(gāo)，将會使其(qi)喪失本身(shēn)🏃的成本優(yōu)🍉勢。
　　智能金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計，通(tōng)過選用性(xìng)能佳、低功(gōng)耗、低成🥵本(ben)的微處理(lǐ)器，一方面(mian)将HART協議移(yi)植到金屬(shǔ)管⭐浮子流(liú)量計上🧑🏽‍🤝‍🧑🏻實(shí)現總線通(tōng)信，另一方(fāng)面采用Kalman濾(lǜ)波方法，提(ti)㊙️高了流🌈量(liàng)計的精度(dù)。
2流量計的(de)硬件設計(jì)
　　智能金屬(shu)管浮子流(liu)量計的硬(yìng)件采用模(mo)塊化設計(jì)，共🏃分爲傳(chuán)✉️感器單元(yuan)、微處理器(qi)單元、顯示(shì)單元、總線(xian)通信單元(yuan)和供電單(dān)❗元等五個(gè)模塊。硬件(jian)框圖如圖(tú)1所示。
 
　　現場信号(hào)的檢測，由(yóu)傳感器單(dan)元來完成(chéng)，将磁鋼嵌(qian)在流量計(jì)的✌️浮子内(nèi)部，霍爾元(yuán)件固定在(zài)流量計外(wài)管壁，當流(liú)👅量改變時(shí)，浮子位置(zhi)改變，磁鋼(gang)的磁場随(suí)之改變，霍(huò)爾元件輸(shū)出的電壓(yā)經放大調(diào)理後送入(rù)🧡微處理器(qi)單元。
　　微處(chu)理器單元(yuan)的核心選(xuan)用TI公司的(de)MSP430FE425，其運算速(sù)度高、超低(dī)♊功耗的同(tong)時，内部集(jí)成了AD轉換(huan)器和FLASH存儲(chu)器，因此可(ke)🏃‍♂️以有效地(di)減少系統(tǒng)的配置，大(dà)大簡化了(le)系統⛷️的硬(yìng)件組成，提(ti)高系統的(de)運行的可(kě)靠性。微處(chu)理器單元(yuán)接收傳感(gan)器單元的(de)檢測信号(hao)，經濾波、溫(wen)度補✊償後(hou)将現場🍉實(shí)際流量值(zhí)送至顯示(shì)單元顯示(shi)，同時經總(zǒng)線通信單(dan)元、HART總線送(song)至上位機(ji)。
　　總線通信(xin)單元是HART協(xie)議物理層(ceng)的硬件實(shi)現。一方面(mian)微處理☂️器(qì)單🈲元送出(chu)的數字信(xìn)号經調制(zhi)解調器HT2012調(diao)制成FSK頻移(yi)鍵控信号(hào)，疊加在環(huan)路上發送(sòng)到HART總線。另(ling)一方面總(zong).線通信單(dan)元🥰将從HART總(zǒng)線接收到(dao)的信号解(jiě)調，然後将(jiang)數字信号(hào)送給微處(chù)理器單元(yuán)。從而實現(xiàn)🐕了智能金(jin)屬管浮子(zǐ)流量⭐計和(hé)上位機之(zhī)間的雙向(xiang)通信。
3流量(liàng)計的軟件(jian)設計
　　智能(neng)金屬管浮(fu)子流量計(ji)的軟件設(shè)計采用模(mó)塊化編程(cheng)結構，主要(yào)包括三個(gè)部分:輸入(rù)模塊、控制(zhì)模塊、輸出(chū)💃🏻模塊。所有(you)程序代碼(mǎ)均采用C語(yu)言編寫。
　　輸(shū)入模塊主(zhu)要包括數(shu)據采集、濾(lü)波、溫度補(bǔ)償、非線性(xìng)補償✨和數(shu)值計算等(deng)，總體采用(yong)定時器中(zhong)斷方式💔，程(chéng)序流程圖(tu)如圖2所示(shì)。輸入模塊(kuai)中的非線(xian)性補償程(cheng)序采🍓用分(fen)段🌍線性拟(nǐ)合的方☁️式(shì)來實現。通(tōng)過采集😍9組(zǔ)或11組流量(liang)信号，作爲(wei)拟合直線(xian)的端點，當(dang)前采樣⭐值(zhí)按數據大(dà)小得到拟(nǐ)合曲線段(duan)的斜率和(hé)初始數❓據(jù)，代入拟合(hé)方程即可(ke)得到修正(zhèng)後的流量(liang)數🤟據。
 
　　控制(zhi)模塊包括(kuò)鍵盤處理(li)程序和看(kan)門狗程序(xù)，鍵盤處理(lǐ)功能是通(tong)過中斷方(fāng)式設置标(biao)志位在置(zhi)入參數子(zǐ)程序中實(shi)現的。智能(néng)金屬管浮(fú)子流量計(jì)在通過總(zǒng)線組網，實(shí)🏒現.上位機(jī)組态調試(shi)的同時，通(tong)過鍵🚩盤，可(ke)以就地調(diào)試。
　　輸出模(mó)塊包括顯(xiǎn)示程序和(he)通信中斷(duan)服務程序(xu)。通信中斷(duan)服務程序(xù)流程圖如(rú)圖3所示。
 
4結(jie)論
　　在設計(ji)過程中，一(yī)方面采用(yong)了性能佳(jia)、低功耗、低(di)成本的微(wei)✊處🔞理器，在(zai)金屬管浮(fú)子流量計(jì)上實現了(le)HART總線通㊙️信(xìn)，實現了上(shang)位機組态(tài)，連接圖如(ru)圖4所示。另(lìng)一方面充(chōng)分考慮智(zhi)能金屬管(guan)浮子流量(liàng)計在現場(chǎng)工作時由(yóu)于管道機(ji)械振動和(hé)磁場不穩(wěn)定的幹擾(rao)，微處理器(qì)獲得的信(xin)号有噪🍉音(yin)，采用數字(zi)信号處理(li)方法結合(he)現代濾波(bo)技術，采用(yòng)Kalman濾波方法(fǎ)，提高了流(liú)量計的精(jīng)度。同時由(yóu)于采取⁉️了(le)溫度補償(chang)措施，提高(gāo)了流量計(jì)的抗溫度(dù)幹擾能力(lì)。
 
　　經過現場(chang)測試，該流(liu)量計的瞬(shùn)時流量基(ji)本誤差爲(wèi)💰0.8675%，回差爲0.725%;累(lèi)計精度不(bú)超過1.5%，溫度(dù)影響0.0019%/℃。

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