摘(zhāi)要:介紹(shào)采用霍(huò)爾傳感(gǎn)器檢測(cè)浮子位(wèi)移、利用(yòng)低功耗(hao)單片機(jī)作爲核(he)心處理(lǐ)器的 金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計 ，着重(zhòng)介紹利(li)用霍爾(er)傳感器(qì)對浮子(zi)位移進(jin)行檢測(ce)的基本(běn)原理🌈以(yǐ)及霍爾(ěr)傳感器(qi)輸出信(xìn)号處理(li)系統㊙️的(de)硬件、軟(ruǎn)件設計(jì)，分析這(zhè)種智能(néng)金屬管(guǎn)轉子流(liu)量計 的(de)主要特(tè)點。
1引言(yan)
　　在工業(yè)生産和(he)科研測(ce)量中，經(jīng)常遇到(dao)小流量(liàng)、低雷諾(nuò)數的流(liu)量測量(liang)。 浮子流(liú)量計 由(yóu)于具有(you)靈敏度(dù)高，測量(liang)範圍寬(kuan),壓力損(sun)失較小(xiao)且恒定(dìng)，測量🐕介(jie)質種類(lei)多，工作(zuò)可靠,維(wei)護簡便(bian),對儀表(biǎo)前直管(guan)段要求(qiú)不高等(deng)優點,已(yi)被廣泛(fàn)應用。
　　浮(fu)子流量(liàng)計的浮(fu)子位移(yi)與流量(liang)之間存(cun)在明确(què)對應的(de)函數關(guan)系，測出(chu)浮子位(wei)移即可(kě)确定流(liu)量大小(xiao)。金屬管(guan)浮💋子流(liu)量計(以(yi)下簡稱(chēng)流量計(ji))可以連(lián)續測量(liang)封閉管(guan)道内液(yè)體、氣體(ti)或蒸汽(qi)的流量(liang),既能就(jiu)地指示(shi)，又能🔞遠(yuan)傳信号(hao),可實現(xiàn)流量測(cè)量值的(de)遠距離(li)😍顯示、記(ji)錄、計.算(suan)、調節控(kong)制等功(gong)能,因此(ci)廣泛應(yīng)用于❌石(shi)油、化工(gong)、能🌐源、冶(yě)金、醫藥(yao)、輕工、國(guó)防等部(bu)門]的流(liú)量檢測(cè)及過程(cheng)控制。由(yóu)于流量(liang)計的浮(fu)子位移(yi)不能直(zhi)接讀出(chū),所以将(jiang)磁鋼封(feng)入浮子(zǐ)内，由設(shè)在轉換(huan)器内的(de)磁耦合(hé)機構得(de)到浮🚶子(zi)位移🔞，并(bing)由位移(yi)傳感❗器(qì)将與流(liú)量對應(yīng)的浮💯子(zǐ)位移轉(zhuan)換成電(dian)信号，以(yǐ)實現遠(yuan)傳輸出(chu)。目前常(chang)用的位(wèi)移⭕傳感(gan)器有兩(liǎng)種:差功(gong)變壓♻️器(qi)式傳感(gan)器和電(diàn)容式角(jiao)位移傳(chuan)感器。但(dàn)是使用(yong)這兩種(zhǒng)位移傳(chuán)感器要(yào)獲得與(yǔ)流量對(dui)應的位(wei)移信号(hao),需要通(tong)過磁鋼(gāng)耦合以(yi)及相應(ying)的四連(lian)杆、凸輪(lún)等機械(xiè)機構進(jin)行非線(xiàn)性修正(zhèng)和傳動(dong)來實現(xian)，這就會(huì)造成轉(zhuǎn)換器傳(chuan)動環節(jiē)多、結👣構(gòu)複雜、存(cún)在摩擦(cā)力、回差(cha)增大,從(cong)而降低(dī)流量計(jì)的測量(liàng)精度。因(yīn)此無法(fa)實現✍️流(liu)量計的(de)轉換器(qi)全電子(zi)化、小塑(sù)化以及(ji)在此基(ji)礎✌️上的(de)智能化(huà)。爲此，推(tui)出采用(yong)霍爾傳(chuan)感器☁️檢(jiǎn)測浮子(zǐ)位移、利(lì)用16位低(dī)功耗單(dān)片機作(zuo)爲核心(xīn)處理器(qì)的智能(neng)流量計(jì)。
2系統構(gòu)成原理(lǐ)
　　該流量(liang)計采用(yong)線性霍(huò)爾傳感(gan)器檢測(cè)浮子位(wèi)移,配合(hé)單片機(jī)⛷️應用系(xi)統，完全(quán)去掉了(le)磁鋼耦(ou)合、非線(xian)性修正(zheng)及傳動(dong)等機械(xie)機構🐅。其(qí)工作原(yuan)理如圖(tu)1所示。
 
　　當(dāng)被測流(liu)體自下(xià)而上流(liú)過錐管(guǎn)時，浮子(zi)産生位(wèi)移，通過(guo)線性霍(huo)爾傳感(gǎn)器的磁(ci)力線角(jiǎo)度就會(huì)發生變(bian)化，從🚩而(er)使霍爾(er)傳感器(qì)輸出相(xiang)應電壓(ya)。該輸出(chū)電壓輸(shu)入到🌐單(dān)片機應(ying)用系統(tǒng)進行處(chù)理後，可(kě)輸出與(yu)流😍量對(duì)應的标(biao)準電流(liu)信号,也(ye)可通過(guò)标準🔴通(tong)信接口(kou)🏒進行數(shu)據遠程(cheng)交換。
　　在(zài)流量計(jì)的轉換(huàn)器中對(dui)應浮子(zǐ)位移範(fan)圍中間(jiān)位置處(chu)放置兩(liang)個特性(xìng)一緻的(de)霍爾傳(chuan)感器,兩(liang)個霍爾(er)傳感器(qi)的磁敏(mǐn)感面互(hù)成90*。霍爾(er)傳感器(qi)的輸出(chū)電壓爲(wei):
E1=K1·I1·B1·sinθ
E2=K2·I2·B2·sin(90°-θ)
式中:
K1、K2爲(wei)霍爾靈(ling)敏度系(xi)數;
I1、I2爲霍(huo)爾元件(jian)的激勵(li)電流;
B1、B2爲(wèi)霍爾傳(chuán)感器所(suo)處位置(zhì)的磁感(gan)應強度(du);
θ爲磁力(lì)線相對(duì)于霍爾(er)傳感器(qì)的磁敏(mǐn)感面的(de)傾斜⛹🏻‍♀️角(jiao)。
　　因爲兩(liang)個霍爾(ěr)傳感器(qi)選用特(tè)性一緻(zhì)的同--型(xing)号霍 爾(er)傳感☁️器(qì),采用同(tóng)一激勵(li)電流,處(chu)于同一(yi)-高度位(wei)置,所以(yi)K1=K2,I1=l2,B1=B2。因此可(ke)得👈:
E1/E2=sinθ/sin(90°-θ)
=sinθ/cosθ=tgθ
θ=arctg(E1/E2)
　　可見(jiàn)，由E1、E2可求(qiú)出磁力(li)線的傾(qing)斜角。
　　由(yóu)圖1可見(jiàn)，随着浮(fu)子上升(sheng),通過霍(huò)爾傳感(gǎn)器的磁(cí)力💰線的(de)角🌂度順(shun)時針變(biàn)化，因此(ci)求出傾(qīng)斜角0就(jiù)可以得(dé)✨出浮子(zi)的位移(yi)。
3單片機(jī)應用系(xì)統硬件(jian)設計
 
　　單(dan)片機應(yīng)用系統(tǒng)的原理(li)框圖如(rú)圖2所示(shi)。系統控(kòng)制器♊爲(wèi)一片MSP430F149單(dān)💛片機。MSP430F149的(de)主要特(tè)性與功(gong)能如下(xia):
(1)超低電(diàn)流消耗(hao):具有CPUOFF和(hé)OSCOFF模式，可(ke)在電壓(yā)降至1.8V情(qing)況下工(gong)作。
(2)基礎(chu)時鍾模(mo)塊:包括(kuò)1個數控(kong)振蕩器(qì)(DCO)和2個晶(jīng)體振蕩(dang)器。
(3)系統(tǒng)内置模(mó)塊:LCD驅動(dong)器、A/D轉換(huan)器、I/O口、USART串(chuàn)口、看門(mén)狗、定時(shí)器、硬件(jian)乘法器(qi)、模拟比(bi)較器、EPROM等(děng)。
(4)16位RISC結構(gòu)，125as指令周(zhōu)期，等待(dai)方式進(jìn)行喚醒(xǐng)的時間(jiān)爲6Ixs.
(5)軟件(jiàn)可在RAM中(zhōng)運行。程(chéng)序可通(tong)過UART或測(cè)試引腳(jiao)裝入RAM，并(bìng)能🐇在☔實(shi)時🔴條件(jian)下運行(hang)。可降低(dī)試驗和(he)調試的(de)開銷。
(6)儀(yí)3種指令(ling)格式，全(quán)部爲正(zheng)交結構(gou)，簡化了(le)程序的(de)開發。ROM讀(du)取✌️、RAM存取(qǔ)、數據處(chù)理、1/O及其(qi)他外圍(wei)操作都(dou)使用公(gōng)共指令(lìng)，無特殊(shu)🔴指令。
(7)系(xi)統工作(zuò)穩定。上(shàng)電複位(wei)後，首先(xiān)由DCOCLK啓動(dòng)CPU,以保證(zheng)程🈲序從(cong)正确的(de)位置開(kai)始執行(hang)，保證晶(jīng)體振蕩(dàng)器有足(zu)👄夠的起(qǐ)振及穩(wěn)定時間(jiān)。如果晶(jing)體振蕩(dàng)器在用(yong)作CPU時鍾(zhong)MCLK時發💛生(sheng)故障,DCO會(hui)自動啓(qǐ)動，以保(bǎo)證系統(tong)正常工(gong)作;如果(guo)程序👣跑(pao)飛，看門(mén)狗可将(jiang)其複位(wèi)。
(8)具有高(gāo)級語言(yán)編程能(neng)力,已開(kai)發了C-編(biān)譯器，支(zhī)持JTAG仿真(zhen)。
　　線性霍(huo)爾傳感(gan)器将浮(fu)子位移(yi)轉換成(chéng)電壓信(xìn)号,經放(fang)✌️大器放(fàng)大後，由(yóu)16位MCU進行(háng)運算處(chu)理和非(fei)線性修(xiū)正後求(qiu)得流❄️量(liàng)值，一方(fang)面送💚LCD顯(xian)示器顯(xian)示，另一(yi)方面送(sòng)入DAC轉換(huàn)成模拟(ni)❗量，再經(jīng)📧輸出轉(zhuan)換電路(lù)轉換成(chéng)标準電(diàn)流信号(hao)輸出。另(ling)外🌂，還可(ke)通過串(chuan)行通信(xin)接口RS485與(yu)上🔴:位機(ji)進行數(shu)據交換(huàn)。
4軟件設(she)計
　　軟件(jian)的主流(liú)程圖如(ru)圖3所示(shi)。單片機(ji)在上電(diàn)和複位(wei)🧡的時候(hòu)，先要執(zhi)行初始(shǐ)化程序(xù)。然後，依(yi)次判斷(duàn)功能模(mo)塊的标(biāo)志位，當(dāng)标志位(wei)有效時(shi)，執行該(gai)功能模(mó)塊✨的程(cheng)序，如标(biao)志位無(wú)效，則跳(tiào)過向下(xià)執行。當(dang)程序執(zhí)行到最(zuì)後，再循(xún)環返♋回(huí)到初始(shǐ)化之後(hou)。
 
　　标準電(dian)流輸出(chū)模塊和(hé)RS485串行通(tong)信模塊(kuài)标志位(wèi)是由掃(sao)🌍描撥碼(ma)💘開♻️關部(bu)分所決(jué)定的;數(shu)據存儲(chǔ)部分通(tōng)過不斷(duan)地讀取(qu)時鍾芯(xīn)片DS1307來判(pan)斷是否(fou)到了預(yù)先設定(dìng)的存儲(chǔ)時間，到(dào)存儲時(shí)間後進(jìn)入數據(ju)存儲子(zi)程序✍️。RS485通(tōng)信實現(xian)了數據(ju)的遠程(cheng)傳輸，人(rén)們不必(bi)直接到(dao)現👄場去(qu)查看各(ge)💋種儀表(biao)的參🔆數(shu)值,通過(guo)觀看通(tōng)訊界面(miàn)即可獲(huo)得當前(qián)和曆史(shi)數據。
5結(jie)束語.
　　由(yóu)于采用(yong)霍爾傳(chuan)感器進(jìn)行位移(yí)檢測，使(shi)流量計(jì)的轉換(huàn)器不🤞需(xū)要任何(he)可動的(de)機械零(líng)件,實現(xian)了全電(dian)子化🤟和(he)小型化(hua)，大大㊙️降(jiàng)低了回(huí)差;采用(yòng)16位單片(piàn)機進行(hang)線性修(xiu)正和🥵運(yùn)算,可使(shǐ)流量計(jì)的流量(liàng)指示精(jīng)度由2.0級(jí)提高到(dao)1.0級。
由以(yǐ)上分析(xi)可見，由(you)于采用(yong)霍爾傳(chuán)感器和(hé)16位單片(piàn)⁉️機，使流(liú)量計實(shí)現了小(xiao)型化、數(shu)字化和(he)智能化(huà),提高了(le)流量計(jì)的精度(dù),增加了(le)流量計(ji)的功能(neng)，并使得(dé)開發現(xian)場總線(xiàn)型的流(liu)量計成(cheng)爲可能(neng)。

本文來(lái)源于網(wang)絡,如有(yǒu)侵權聯(lián)系即删(shan)除！