本文介紹(shao)了智能金(jin)屬管浮子(zi)流量計 的(de)設計思路(lu)，以及系統(tong)硬件及軟(ruan)件設計。該(gai)流量計由(you)于采用了(le)性能微處(chu)理器，一方(fang)面将HART協議(yi)移植到金(jin)屬管浮子(zi)流量計上(shang)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(liu)量計的🥵精(jing)度。同時在(zai)産品的設(she)計.上采用(yong)模塊化☂️設(she)計降低了(le)系統的⚽運(yun)行故障🔞。經(jing)現場測試(shi)，流量計在(zai)組态、精度(du)等方面都(dou)達到了☁️設(she)計要求。
1引(yin)言
　　早期的(de)流量計都(dou)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(biao)參數的設(she)定都需要(yao)到現場，通(tong)過按鍵來(lai)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(biao)正㊙️逐步取(qu)代傳統的(de)模拟儀表(biao)，其标志主(zhu)要體現在(zai)高⭕可靠性(xing)、精度佳和(he)總線通信(xin)。在流量測(ce)量方面， 智(zhi)能的差壓(ya)流量計 、 電(dian)磁流量計(ji) 都得到廣(guang)泛應用。而(er) 金屬管浮(fu)子流量計(ji) 雖然在石(shi)油、化工、醫(yi)藥等領域(yu)有着廣泛(fan)的應用，但(dan)由于大多(duo)工🐪作環境(jing)惡劣，金屬(shu)管浮子流(liu)量計的智(zhi)能化☔改造(zao)有着㊙️一定(ding)㊙️的技術困(kun)難，加之金(jin)屬管浮子(zi)流量計本(ben)身是低成(cheng)本的儀表(biao)，如果改造(zao)成本過高(gao)，将會使其(qi)喪失本身(shen)的成本優(you)勢。
　　智能金(jin)屬管浮子(zi)流量計，通(tong)過選用性(xing)能佳、低功(gong)耗、低成本(ben)的微處理(li)器，一方面(mian)将HART協議移(yi)植到金屬(shu)管📐浮子🐕流(liu)量計上🚶‍♀️實(shi)現總線❌通(tong)信，另一方(fang)面采用Kalman濾(lü)波🌍方法，提(ti)高了流量(liang)計的✉️精度(du)。
2流量計的(de)硬件設計(ji)
　　智能金屬(shu)管浮子流(liu)量計的硬(ying)件采用模(mo)塊化設計(ji)，共分爲傳(chuan)感器單元(yuan)、微處理器(qi)單元、顯示(shi)單元、總線(xian)通信單元(yuan)和供電單(dan)元等五個(ge)模塊。硬件(jian)框圖如圖(tu)1所示。
 
　　現場信号(hao)的檢測，由(you)傳感器單(dan)元來完成(cheng)，将磁鋼嵌(qian)在流量計(ji)♍的浮子内(nei)部，霍爾元(yuan)件固定在(zai)流量計外(wai)管壁🤟，當流(liu)量改㊙️變時(shi)💯，浮子位置(zhi)改變，磁鋼(gang)的磁場随(sui)之改變，霍(huo)爾元件輸(shu)出的電壓(ya)經放大調(diao)理後送入(ru)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(su)度高🔞、超低(di)功耗🐅的✨同(tong)時，内部集(ji)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(tong)的配置，大(da)大簡化了(le)系統的硬(ying)件組成，提(ti)📐高系統的(de)運行的可(ke)靠性。微處(chu)理器🚶‍♀️單元(yuan)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(shi)際流量值(zhi)送至顯示(shi)單元顯示(shi)，同時經總(zong)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(qi)單元送出(chu)的數字信(xin)号經調制(zhi)解調器HT2012調(diao)制成FSK頻移(yi)鍵控信号(hao)，疊加在環(huan)路上發送(song)到HART總線。另(ling)一方面🔱總(zong).線通信單(dan)元将從HART總(zong)線接收到(dao)的信号解(jie)調，然後将(jiang)數字信号(hao)送給微處(chu)理器單元(yuan)。從而實現(xian)了智能金(jin)屬🆚管浮子(zi)流量📧計和(he)上位機之(zhi)間的雙向(xiang)📱通信。
3流量(liang)計的軟件(jian)設計
　　智能(neng)金屬管浮(fu)子流量計(ji)的軟件設(she)計采用模(mo)塊化編⛹🏻‍♀️程(cheng)結構㊙️，主要(yao)包括三個(ge)部分:輸入(ru)模塊、控制(zhi)模塊💛、輸出(chu)模塊。所有(you)程序代碼(ma)均采用C語(yu)言編寫。
　　輸(shu)入模塊主(zhu)要包括數(shu)據采集、濾(lü)波、溫度補(bu)償、非線♍性(xing)補償和數(shu)值計算等(deng)，總體采用(yong)定時器中(zhong)斷方式🤞，程(cheng)序流程圖(tu)如圖2所示(shi)。輸入模塊(kuai)中的非線(xian)性補償程(cheng)序采用分(fen)段線性拟(ni)合的方式(shi)來實現。通(tong)過采集9組(zu)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(zhi)按數據大(da)小得到拟(ni)合曲線段(duan)的斜率和(he)初始數✍️據(ju)，代入拟合(he)方程即可(ke)得到修正(zheng)後的流量(liang)數據。
 
　　控制(zhi)模塊包括(kuo)鍵盤處理(li)程序和看(kan)門狗程序(xu)，鍵盤💘處理(li)⚽功能是通(tong)過中斷方(fang)式設置标(biao)志位在置(zhi)入參數子(zi)♈程序中實(shi)🚩現的。智能(neng)金屬管浮(fu)子流量計(ji)在通過總(zong)線組網，實(shi)現.上位機(ji)組态調試(shi)的同時，通(tong)過鍵👉盤，可(ke)以就地調(diao)試。
　　輸出模(mo)塊包括顯(xian)示程序和(he)通信中斷(duan)服務程序(xu)。通信中斷(duan)服務程序(xu)流程圖如(ru)圖3所示。
 
4結(jie)論
　　在設計(ji)過程中，一(yi)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(fu)子流量計(ji)上實現了(le)HART總線通🌈信(xin)，實現了📱上(shang)位♌機組态(tai)，連接圖如(ru)圖4所示。另(ling)一方面充(chong)分考慮智(zhi)能金屬管(guan)浮子流量(liang)計在現場(chang)工作時由(you)于🧑🏾‍🤝‍🧑🏼管道機(ji)械振動和(he)磁✔️場不穩(wen)定🧡的幹擾(rao)，微處理器(qi)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(yong)Kalman濾波方法(fa)，提高了流(liu)量💃🏻計的精(jing)度。同時由(you)于采取了(le)溫度補🐇償(chang)措施，提高(gao)了流量計(ji)的抗溫度(du)幹🔞擾能力(li)。
 
　　經過現場(chang)測試，該流(liu)量計的瞬(shun)時流量基(ji)本誤差爲(wei)✉️0.8675%，回差爲0.725%;累(lei)📱計精度不(bu)超過1.5%，溫度(du)影響0.0019%/℃。

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