引言(yán)
　　在工業生産和(hé)科研測量中，經(jing)常遇到小流量(liang)、低雷諾數的📧流(liú)📧量測量。浮子流(liú)量計由于具有(you)靈敏度高，測量(liàng)範圍寬，壓力損(sǔn)失較小且✨恒定(dìng)，測量介質種類(lei)多，工作可靠，維(wei)護簡便，對儀表(biǎo)前直管段💁要求(qiu)不高等優💚點，已(yǐ)被廣泛應用。
　　浮(fu)子流量計的浮(fú)子位移與流量(liang)之間存在明确(què)對♍應的函數✔️關(guān)系，測出浮子位(wèi)移即可确定流(liu)量大小。金屬管(guǎn)浮子流量計(以(yǐ)下簡稱流量計(jì))可以連續測量(liàng)封閉管道内液(ye)體📞、氣☁️體或蒸🌈汽(qì)的流量，既能就(jiù)地指示，又能遠(yuǎn)傳信号🏃‍♀️，可實現(xiàn)流量測🔅量值的(de)遠🛀距離顯示、記(ji)錄、計算、調節控(kong)制等功能，因此(ci)廣泛應用于石(shí)油、化工、能源、冶(ye)金、醫藥、輕工☎️、國(guó)防等部門的流(liú)量📞檢測及過程(cheng)控制。由于流量(liàng)計的浮子位移(yi)不能直接讀出(chū)，所以将磁鋼封(feng)入浮子内，由設(shè)在轉換器内的(de)磁藕合機構得(dé)到♉浮子位移，并(bing)由位移傳感器(qì)将與流量對應(ying)的浮子♊位⛱️移轉(zhuan)換成電信号，以(yǐ)實現遠傳輸出(chu)。目前常用的位(wèi)移傳感器有兩(liang)種:差動變壓器(qi)式傳感器和電(dian)容式角位移傳(chuan)感器。但是使🐇用(yòng)這兩種位移傳(chuan)感器要㊙️獲得與(yu)流量對應的位(wèi)移信号，需要通(tong)過磁鋼藕合以(yi)及🌂相應的四連(lián)杆、凸輪等機械(xie)機構進行非線(xiàn)性修正和傳🏃‍♂️動(dong)來實現，這就會(hui)造成轉換器傳(chuán)動環節多、結構(gou)複雜、存在摩㊙️擦(cā)力、回差增大，從(cóng)而降低流量計(ji)的測量精度。因(yin)此無法實現流(liú)量計的轉換器(qì)全電子化、小型(xing)化以及在此基(ji)礎上的智能📧化(huà)。爲此，推出采用(yong)霍爾傳感器檢(jiǎn)測浮子❓位移、利(lì)用16位低功耗🧑🏽‍🤝‍🧑🏻單(dan)片機作爲核心(xin)處理器的智能(neng)流量計。
2系統構(gou)成原理
　　該流量(liang)計采用線性霍(huò)爾傳感器檢測(cè)浮子位移，配合(he)單片機應用系(xì)統，完全去掉了(le)磁鋼禍合、非線(xiàn)性修正🧑🏽‍🤝‍🧑🏻及傳動(dong)等機械機構。其(qí)工作原理如圖(tu)1所示。

　　當(dāng)被測流體自下(xia)而上流過錐管(guǎn)時，浮子産生位(wèi)移，通過線💚性💚霍(huò)爾傳感器的磁(cí)力線角度就會(hui)發生變化，從而(ér)使霍爾傳感器(qi)輸出相應電壓(yā)。該輸出電壓輸(shū)入到單片機應(ying)用系統進行處(chu)理後，可輸出與(yǔ)流量對應的标(biāo)準電流信号，也(yě)可通過标準💘通(tōng)信接口進行數(shù)據遠程交換。
　　在(zai)流量計的轉換(huan)器中對應浮子(zǐ)位移範圍中間(jiān)位置處放置兩(liǎng)個特性一緻的(de)霍爾傳感器，兩(liǎng)個霍爾傳感🐉器(qi)的磁敏感面👄互(hù)成900。霍爾傳感器(qì)的輸出電壓爲(wei):
E1=K1·I1·B1·-sin θ
　　　E2=K2·I2·B2·sin (90°-θ)
　　　式中:
　　　K1、K2爲霍爾靈(ling)敏度系數;
　　　I1、I2爲霍(huò)爾元件的激勵(lì)電流;
　　　B1 、B2爲霍爾傳(chuan)感器所處位置(zhì)的磁感應強度(du);
　　　θ爲磁力線相對(duì)于霍爾傳感器(qi)的磁敏感面的(de)傾斜角。
　　因爲兩(liang)個霍爾傳感器(qi)選用特性一緻(zhi)的同一型号霍(huò)爾傳感器，采用(yong)同一激勵電流(liú)，處于同一高度(du)位置，所以有K1= K2, I1= I2，B1= B2。因(yīn)此可得:
E1/ E2=sinθ/ sin (90°-θ)
　　　=sinθ/cosθ=tgθ
0=arctg(E1/ E2)
　　可見，由(you)E,, E2可求出磁力線(xiàn)的傾斜角。
　　由圖(tu)1可見，随着浮子(zi)上升，通過霍爾(ěr)傳感器的磁力(lì)線的角度🐪順時(shi)針變化，因此求(qiú)出傾斜角θ就可(ke)以得出浮子的(de)位移。
3單片機應(yīng)用系統硬件設(shè)計
　　單片機應用(yong)系統的原理框(kuàng)圖如圖2所示。系(xi)統控制器爲一(yi)☂️片MSP430F149單🔞片機。M SP430F149的主(zhu)要特性與功能(neng)如下:
(1)超低電流(liu)消耗:具有CPUOFF和OSCOFF模(mo)式，可在電壓降(jiang)至1.8V情況下工作(zuo)。
(2)基礎時鍾模塊(kuai):包括1個數控振(zhen)蕩器(DCO)和2個晶體(tǐ)振蕩器。
(3)系統内(nei)置模塊:LCD驅動器(qì)、A/D轉換器、1/O口、USART串口(kǒu)、看門狗、定時器(qì)、硬件乘法器、模(mo)拟比較器、EPROM等。
(4) 16位(wèi)RISC結構，125as指令周期(qī)，等待方式進行(háng)喚醒的時間爲(wèi)61xso
(5)軟件可在RAM中運(yùn)行。程序可通過(guò)UART或測試引腳裝(zhuāng)入RAM，并能在實時(shí)🤞條件下運行。可(ke)降低試驗和調(diao)試的開銷。
(6)僅3種(zhong)指令格式，全部(bù)爲正交結構，簡(jiǎn)化了程序的開(kāi)發。ROM讀取、RAM存取、數(shu)據處理、I/O及其他(tā)外圍操作都使(shǐ)用公🆚共指令，無(wu)特殊指令。
(7)系統(tǒng)工作穩定。上電(dian)複位後，首先由(you)DCOCLK啓動CPU，以保證程(cheng)序從㊙️正确的位(wèi)置開始執行，保(bǎo)證晶體振蕩器(qì)有足夠的起振(zhen)及穩🔴定時間。如(ru)🔱果晶體振蕩器(qi)在用作CPU時鍾MCLK時(shi)發生故障，DCO會自(zi)動啓動，以保證(zheng)系統正常工作(zuò);如果程序跑飛(fei)，看門🔞狗可将其(qí)複位。
(8)具有高級(ji)語言編程能力(lì)，已開發了C一編(bian)譯器，支持JTAG仿真(zhen)。

　　線性霍爾傳感(gǎn)器将浮子位移(yí)轉換成電壓信(xìn)号，經放大🔴器放(fàng)大後，由16位MCU進行(háng)運算處理和非(fēi)線性修正後求(qiu)得流💛量值✔️，一方(fang)面送LCD顯示器顯(xian)示，另一方面送(song)入DAC轉換✌️成模拟(ni)量，再經輸出轉(zhuǎn)換電路轉換成(chéng)标準電流信号(hào)輸出。另外，還可(kě)通過串行通信(xin)接口RS485與上🧑🏽‍🤝‍🧑🏻位機(ji)進行數💜據交換(huan)。
4軟件設計
　　軟件(jiàn)的主流程圖如(rú)圖3所示。單片機(ji)在上電和複位(wèi)的時候❄️，先❤️要執(zhí)行初始化程序(xù)。然後，依次判斷(duàn)功能📧模塊的标(biāo)志位，當标🔴志位(wèi)有效時，執行該(gāi)功能模塊的程(chéng)序☀️，如标志位無(wu)效，則跳過向下(xia)執行。當程序執(zhí)行到最後，再循(xún)環返✏️回到初始(shǐ)化之後。

　　标準電(dian)流輸出模塊和(hé)RS485串行通信模塊(kuài)标志位是由掃(sao)⛷️描撥碼開關部(bu)分所決定的;數(shù)據存儲部分通(tong)過不斷地讀✂️取(qu)時鍾芯片DS1307來判(pan)斷是否到了預(yu)先設定的存儲(chu)時間，到存儲時(shi)間後進入數據(jù)🎯存儲子程序🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。RS485通(tōng)信實現了數據(jù)的遠程傳輸，人(rén)們不必直接到(dào)現🌈場去查看各(ge)種儀表的參數(shù)值，通過觀看通(tōng)訊界面即可獲(huò)得當前和曆史(shi)數據。
5結束語
　　由(yóu)于采用霍爾傳(chuan)感器進行位移(yí)檢測，使流量計(ji)的轉換💘器🥵不需(xū)要任何可動的(de)機械零件，實現(xiàn)了全電子化和(he)小❗型化，大大👌降(jiàng)低了回差;采用(yong)16位單片機進行(háng)線性修正和運(yùn)算，可使流量計(ji)的流量指示精(jīng)确度由2.0級提高(gāo)到1.0級。
　　由以上分(fen)析可見，由于采(cai)用霍爾傳感器(qi)和16位單片機，使(shǐ)流量計實現了(le)小型化、數字化(huà)和智能化，提高(gāo)了流量計的精(jīng)度，增加了流量(liang)計的功能，并使(shǐ)得現💁場總線型(xíng)的流量計成爲(wei)可能。

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