本文介紹了(le)智能金屬管浮子(zǐ)流量計 的設計思(si)路，以及系統硬件(jian)及軟件設計。該流(liu)量計由于采用了(le)性能微處理器，一(yi)方面将HART協議移植(zhi)到金屬管浮子流(liú)量計上實現總線(xiàn)通信，另一方面采(cai)用Kalman濾波方法，提高(gāo)了流量計的💘精度(du)。同時在産品的設(shè)計.上采🤟用模塊化(hua)設計降低了系統(tǒng)的運行故障🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。經現(xiàn)場測試，流量計在(zài)組态、精度等方面(miàn)都達到了設計要(yao)求。
1引言
　　早期的流(liu)量計都是模拟式(shi)儀表，信息傳輸采(cai)用的😘是4~20mA或1~5V的模☁️拟(nǐ)信号，進行儀表參(cān)數的設定都需要(yào)到現場，通過按鍵(jian)來完成。随⭕着控制(zhì)技術，特别是網絡(luò)技術的迅速發展(zhǎn)，智能儀表正逐步(bu)取❓代傳統的模拟(ni)儀表，其标志主要(yao)體現在高可靠性(xìng)、精度佳和總🌈線通(tōng)信。在流量測量方(fang)面， 智能的差壓流(liú)量計 、 電磁流量計(jì) 都得到廣泛應用(yòng)。而 金屬管浮子流(liu)量計 雖然在石油(you)、化工、醫藥等領域(yu)有着廣泛的應用(yòng)，但由于🔞大🈚多工作(zuò)環境惡劣，金屬管(guǎn)浮子流量計的智(zhì)♊能化改造🔴有着一(yi)定的技術困難，加(jiā)之金屬管浮子流(liú)量計本身是低成(cheng)本的儀表，如果改(gai)造成本過高，将會(huì)使其喪失本身的(de)成本優勢。
　　智能金(jīn)屬管浮子流量計(jì)，通過選用性能佳(jiā)、低功耗、低成本的(de)微處理器，一方面(miàn)将HART協議移植到金(jīn)屬管浮子💚流量計(ji)上實現總線㊙️通信(xìn)，另一方面采用Kalman濾(lü)波方法，提高了流(liú)量計的精度。
2流量(liang)計的硬件設計
　　智(zhì)能金屬管浮子流(liú)量計的硬件采用(yòng)模塊化設計，共分(fèn)爲傳感器單元、微(wei)處理器單元、顯示(shì)單元、總線通信單(dān)元和供電單元等(deng)五個模塊。硬件框(kuàng)圖如圖🚶‍♀️1所示。
 
　　現場(chǎng)信号的檢測，由傳(chuán)感器單元來完成(chéng)，将磁鋼嵌在流量(liang)🛀計📧的浮子内部，霍(huo)爾元件固定在流(liu)量計外管壁，當流(liú)量改變時，浮子位(wèi)置改變，磁鋼的磁(ci)場随之改變，霍爾(er)元件輸出的電壓(ya)經放大調理後送(sòng)入微處理器單元(yuán)。
　　微處理器單元的(de)核心選用TI公司的(de)MSP430FE425，其運算速度高、超(chao)低功耗🙇‍♀️的同時，内(nei)部集成了AD轉換器(qi)和FLASH存儲器，因此可(kě)以有效地💰減少系(xì)統的配置，大大簡(jiǎn)化了系統的硬件(jian)組成，提高系統⭐的(de)運行🏃🏻‍♂️的可靠性。微(wei)處理器單元接收(shōu)傳感器單☁️元的檢(jian)測信号，經濾波、溫(wen)度補🆚償後将現場(chǎng)㊙️實際流量值送至(zhi)顯示單元顯示，同(tong)時經總線通信💜單(dān)元、HART總線送至上位(wei)機。
　　總線通信單元(yuán)是HART協議物理層的(de)硬件實現。一方面(miàn)微處理器單🈲元送(song)出的數字信号經(jīng)調制解調器HT2012調制(zhì)成FSK頻移鍵控㊙️信号(hào)，疊加在環路上發(fa)送到HART總線。另一方(fang)面總.線通信單元(yuan)将從HART總🤞線接收到(dào)的信号解調，然後(hou)将數字信号🥰送給(gěi)微處🙇‍♀️理器單元🔴。從(cong)而實現了智能金(jīn)屬😍管浮子流量計(jì)和上位機之間的(de)雙向通信。
3流量計(ji)的軟件設計
　　智能(neng)金屬管浮子流量(liang)計的軟件設計采(cǎi)用模塊化編程結(jie)構，主🌏要包括三個(gè)部分:輸入模塊、控(kòng)制模塊、輸出模塊(kuai)👉。所有程序代碼均(jun1)采用C語言編寫。
　　輸(shu)入模塊主要包括(kuò)數據采集、濾波、溫(wēn)度補償、非線性補(bu)償和⚽數值計算等(deng)，總體采用定時器(qi)中斷方式，程序🚶流(liu)程圖如圖2所‼️示。輸(shū)入模塊中的非線(xian)性補償程序采用(yòng)分段🍓線性拟合的(de)方式來實🐪現。通過(guò)采集9組或11組流量(liàng)信号，作爲拟合直(zhí)👅線的端點，當前采(cǎi)樣值按數據大小(xiǎo)得到拟合曲線段(duàn)的斜率和初始數(shu)據，代入拟合方㊙️程(cheng)即可得到修正後(hou)的流量數據。
 
　　控制(zhi)模塊包括鍵盤處(chu)理程序和看門狗(gǒu)程序，鍵盤處理功(gōng)能🔞是通過中斷方(fāng)式設置标志位在(zai)置入參數子程序(xu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼中實現的。智能金(jin)屬管浮子流量計(jì)在通👨‍❤️‍👨過總線🧑🏽‍🤝‍🧑🏻組網(wǎng)，實現.上位機組态(tai)調試的💔同時，通過(guo)鍵盤，可以就地調(diào)試。
　　輸出模塊包括(kuo)顯示程序和通信(xin)中斷服務程序。通(tōng)信中斷服務程序(xu)流程圖如圖3所示(shi)。
 
4結論
　　在設計過程(chéng)中，一方面采用了(le)性能佳、低功耗、低(di)成本的微處理器(qi)，在金屬管浮子流(liu)量計上實現了HART總(zǒng)線通信，實⁉️現了上(shang)位機組态，連接圖(tú)如圖4所示。另一方(fang)面充分考慮🐇智能(neng)金‼️屬管浮子流量(liang)計在現場工作時(shi)由于管道機械振(zhèn)動和磁場不穩定(dìng)❄️的幹擾，微🤟處理器(qì)獲得的信号有噪(zao)音，采用數字信号(hào)處理方💜法結合現(xiàn)代濾波技術，采用(yòng)Kalman濾波方法，提高了(le)流量計的精度🔴。同(tóng)時由于采取了溫(wen)度補償措施，提高(gao)了流量計的抗溫(wen)度幹擾能力。
 
　　經過(guo)現場測試，該流量(liàng)計的瞬時流量基(jī)本誤差爲0.8675%，回差爲(wei)0.725%;累計精度不超過(guo)1.5%，溫度影響0.0019%/℃。

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