引言
　　在工(gong)業生産和(he)科研測量(liang)中，經常遇(yù)到小流量(liàng)、低雷諾💯數(shu)的流量測(cè)量。浮子流(liú)量計由于(yú)具有靈敏(min)度高，測量(liàng)範圍寬，壓(ya)力損失較(jiào)小且恒定(dìng)，測量介質(zhi)種類多，工(gong)作可靠，維(wei)護簡便，對(duì)儀表前直(zhí)❄️管段要求(qiú)不高等優(yōu)點，已被廣(guǎng)泛應用。
　　浮(fú)子流量計(ji)的浮子位(wèi)移與流量(liàng)之間存在(zai)明确對應(yīng)♉的函數關(guan)系，測出浮(fu)子位移即(jí)可确定流(liú)量大小。金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計(以(yǐ)下簡稱流(liu)量計)可以(yǐ)連續測量(liàng)封閉管道(dao)内液體、氣(qì)體或💛蒸🤟汽(qì)的流量，既(jì)能就地指(zhi)示，又能遠(yuan)傳信号，可(kě)實現流量(liàng)測量值🌈的(de)遠距離顯(xiǎn)示、記錄、計(ji)算、調節🈚控(kòng)制等功能(néng)，因✔️此廣泛(fàn)應用于石(shí)油、化工、能(néng)源、冶金、醫(yī)藥、輕工、國(guo)防等部門(mén)的流量檢(jian)測及過程(chéng)控制。由于(yú)流量計的(de)浮子位移(yi)不能直接(jie)讀出❤️，所以(yi)将磁鋼封(fēng)入浮子内(nei)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，由設在轉(zhuǎn)換器内的(de)磁藕合機(jī)構得到🔅浮(fu)子位移，并(bìng)由位移傳(chuan)感✉️器将與(yǔ)流量對應(ying)的浮子位(wei)移轉換成(chéng)電信号，以(yǐ)實現遠傳(chuan)輸出。目前(qian)常用的位(wei)移傳感器(qì)有兩種:差(chà)🍓動變壓器(qi)式傳感器(qi)和電容式(shi)角位移傳(chuan)感器🤞。但是(shi)使用這兩(liǎng)種位移🐪傳(chuán)感器要獲(huo)得與流量(liang)🍉對應的位(wei)移信号，需(xu)要通過磁(cí)鋼藕合🈲以(yi)及相應的(de)四連杆、凸(tū)輪等機械(xie)機構進行(háng)非線性修(xiu)正和傳動(dòng)來實現，這(zhè)就會造成(cheng)轉換器傳(chuán)動環節多(duō)、結構複雜(zá)、存在摩擦(ca)力、回差增(zeng)大，從而降(jiàng)低流量⚽計(jì)的測量精(jīng)度。因此無(wú)法實現✔️流(liú)量計的轉(zhuan)換器全電(diàn)子化、小型(xing)化以及在(zài)此🐕基礎上(shang)的智能化(hua)。爲此，推出(chu)采用霍爾(er)傳感器檢(jiǎn)測浮子位(wei)移、利用16位(wèi)🎯低功耗💃🏻單(dān)片機作爲(wei)核心處理(li)器的智能(néng)流量計。
2系(xì)統構成原(yuan)理
　　該流量(liàng)計采用線(xiàn)性霍爾傳(chuán)感器檢測(ce)浮子位移(yí)，配合👣單片(pian)機應❄️用系(xì)統，完全去(qù)掉了磁鋼(gang)禍合、非線(xian)性修正及(jí)傳動等機(jī)械機構。其(qi)工作原理(li)如圖1所示(shì)。

　　當(dang)被測流體(ti)自下而上(shàng)流過錐管(guǎn)時，浮子産(chan)生位移，通(tōng)過線性💛霍(huò)爾傳感器(qi)的磁力線(xian)角度就會(huì)發生變化(huà)，從💋而使霍(huò)爾傳感器(qì)輸出相應(ying)電壓。該輸(shū)出電壓輸(shū)入到單片(piàn)機👨‍❤️‍👨應用系(xi)統進行🈲處(chù)理後，可輸(shū)出與流量(liàng)對應的标(biao)準電流信(xin)号，也可通(tōng)過标準通(tong)信接口🌏進(jìn)行數據遠(yuǎn)程交換。
　　在(zài)流量計的(de)轉換器中(zhong)對應浮子(zǐ)位移範圍(wéi)中間位置(zhì)處放置兩(liang)個特性一(yi)緻的霍爾(er)傳感器，兩(liǎng)個霍爾🛀🏻傳(chuán)感🔞器的磁(ci)敏🆚感面互(hù)成㊙️900。霍爾傳(chuan)感器的輸(shu)出電壓爲(wèi):
E1=K1·I1·B1·-sin θ
　　　E2=K2·I2·B2·sin (90°-θ)
　　　式中:
　　　K1、K2爲霍(huò)爾靈敏度(dù)系數;
　　　I1、I2爲霍(huo)爾元件的(de)激勵電流(liu);
　　　B1 、B2爲霍爾傳(chuán)感器所處(chu)位置的磁(cí)感應強度(dù);
　　　θ爲磁力線(xian)相對于霍(huo)爾傳感器(qi)的磁敏感(gǎn)面的傾斜(xié)角。
　　因爲兩(liǎng)個霍爾傳(chuan)感器選用(yòng)特性一緻(zhi)的同一型(xíng)号霍爾傳(chuan)感器，采用(yòng)同一激勵(li)電流，處于(yu)同一高度(dù)位置，所♋以(yi)有K1= K2, I1= I2，B1= B2。因此可(kě)得:
E1/ E2=sinθ/ sin (90°-θ)
　　　=sinθ/cosθ=tgθ
0=arctg(E1/ E2)
　　可見，由(you)E,, E2可求出磁(cí)力線的傾(qing)斜角。
　　由圖(tu)1可見，随着(zhe)浮子上升(sheng)，通過霍爾(ěr)傳感器的(de)磁力線的(de)角度順時(shi)針變化，因(yīn)此求出傾(qīng)斜角θ就可(kě)以得出浮(fu)子的👨‍❤️‍👨位移(yí)。
3單片機應(yīng)用系統硬(ying)件設計
　　單(dān)片機應用(yong)系統的原(yuan)理框圖如(ru)圖2所示。系(xi)統控制🔴器(qi)爲一片MSP430F149單(dān)片機。M SP430F149的主(zhǔ)要特性與(yǔ)功能如下(xia):
(1)超低電流(liú)消耗:具有(you)CPUOFF和OSCOFF模式，可(ke)在電壓降(jiàng)至1.8V情況下(xia)工♈作。
(2)基礎(chǔ)時鍾模塊(kuai):包括1個數(shu)控振蕩器(qì)(DCO)和2個晶體(ti)振蕩器。
(3)系(xi)統内置模(mo)塊:LCD驅動器(qì)、A/D轉換器、1/O口(kou)、USART串口、看門(mén)狗、定時器(qi)、硬件乘法(fǎ)器、模拟比(bǐ)較器、EPROM等。
(4) 16位(wei)RISC結構，125as指令(lìng)周期，等待(dai)方式進行(háng)喚醒的時(shí)間爲61xso
(5)軟件(jian)可在RAM中運(yùn)行。程序可(kě)通過UART或測(cè)試引腳裝(zhuāng)入RAM，并能在(zai)🛀實時條件(jiàn)下運行。可(kě)降低試驗(yàn)和調試的(de)開銷。
(6)僅3種(zhǒng)指令格式(shi)，全部爲正(zheng)交結構，簡(jian)化了程序(xù)的開發。ROM讀(du)取、RAM存取⁉️、數(shu)據處理、I/O及(jí)其他外圍(wéi)操作都使(shi)用公共指(zhi)令，無特殊(shū)指令。
(7)系統(tǒng)工作穩定(dìng)。上電複位(wei)後，首先由(yóu)DCOCLK啓動CPU，以保(bao)證程♌序從(cong)正确的位(wèi)置開始執(zhí)行，保證晶(jīng)體振蕩器(qì)有足夠的(de)起振🚩及穩(wěn)💛定時間。如(rú)果晶體振(zhèn)蕩器在用(yòng)作CPU時鍾MCLK時(shí)發生故障(zhang)，DCO會自動啓(qi)動，以保證(zheng)系統正常(chang)工作;如果(guǒ)程序跑飛(fēi)，看門狗可(ke)将其複位(wèi)。
(8)具有高級(jí)語言編程(chéng)能力，已開(kai)發了C一編(biān)譯器，支持(chí)JTAG仿真。

　　線性(xing)霍爾傳感(gǎn)器将浮子(zǐ)位移轉換(huàn)成電壓信(xin)号，經放📐大(da)器🌍放大後(hòu)，由16位MCU進行(háng)運算處理(lǐ)和非線性(xing)修正後求(qiu)🔅得流量值(zhí)🌈，一方面送(song)LCD顯示器顯(xiǎn)示，另一方(fāng)面送入DAC轉(zhuan)換成模拟(ni)☁️量，再經輸(shū)出轉換電(diàn)路轉換成(chéng)标準電流(liu)信号✔️輸出(chū)。另外，還可(ke)通過♻️串行(hang)通信接口(kou)RS485與上🚩位機(jī)進行數據(ju)交換。
4軟件(jiàn)設計
　　軟件(jian)的主流程(cheng)圖如圖3所(suǒ)示。單片機(ji)在上電和(he)複位的時(shi)候，先要執(zhí)行初始化(huà)程序。然後(hòu)，依次判斷(duàn)功能模塊(kuai)的标志位(wèi)🌈，當标⚽志位(wei)🎯有效時，執(zhí)行該功能(néng)模塊的程(cheng)序，如标志(zhi)位無效，則(zé)跳過向下(xia)執行。當程(chéng)序執行到(dào)最後，再循(xun)環返回到(dào)初始化之(zhī)後。

　　标準電(dian)流輸出模(mó)塊和RS485串行(hang)通信模塊(kuai)标志位是(shi)由🔴掃🔞描撥(bo)碼開關部(bù)分所決定(dìng)的;數據存(cún)儲部分通(tong)過不斷地(di)讀取時㊙️鍾(zhōng)芯片DS1307來判(pan)斷是否到(dào)了預先設(she)定✉️的存儲(chǔ)時間，到存(cún)儲時間後(hòu)進入數據(ju)存儲子程(chéng)序。RS485通信實(shí)現了數據(jù)的遠程傳(chuan)輸，人們不(bu)必直接到(dao)現🙇‍♀️場去查(chá)看各種儀(yí)表的參數(shu)值，通過觀(guan)看通訊界(jie)面☀️即可獲(huo)得當㊙️前和(he)曆史數據(jù)。
5結束語
　　由(you)于采用霍(huò)爾傳感器(qì)進行位移(yí)檢測，使流(liú)量計的🈲轉(zhuǎn)換器不需(xū)要任何可(ke)動的機械(xiè)零件，實現(xian)了全電子(zǐ)化和小型(xing)化，大大降(jiàng)低🌏了回差(cha);采用16位單(dan)片機進行(háng)線性修正(zheng)和運算，可(ke)使流量計(jì)的流量指(zhi)示精确度(dù)由2.0級提高(gao)到1.0級。
　　由以(yǐ)上分析可(kě)見，由于采(cǎi)用霍爾傳(chuán)感器和16位(wèi)單片機，使(shǐ)流量計實(shi)現了小型(xíng)化、數字化(huà)和智能化(hua)，提高了流(liú)量計的精(jīng)度，增加了(le)🐇流量計的(de)功能，并使(shi)得現場總(zong)線型的流(liu)量計成爲(wei)可能。

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