本文介紹(shao)了智能金屬(shǔ)管浮子流量(liàng)計 的設計思(sī)路，以及系統(tong)硬件及軟件(jiàn)設計。該流量(liang)計由于采用(yòng)了性能微處(chu)理器，一方面(miàn)将HART協議移植(zhi)到金屬管浮(fú)子流量計上(shàng)實現總線通(tōng)信，另一方面(mian)采用Kalman濾波方(fang)法，提高了流(liu)量計的精度(du)。同🙇‍♀️時在産品(pin)的設計.上采(cǎi)用模塊化🧡設(she)計降低♍了系(xì)統的✍️運行故(gù)障。經現場測(ce)試，流量計在(zài)組态、精度等(deng)方面都達到(dao)了💁設計要求(qiu)。
1引言
　　早期的(de)流量計都是(shì)模拟式儀表(biao)，信息傳輸采(cǎi)用的是4~20mA或1~5V的(de)模拟信号，進(jin)行儀表參數(shù)的設定都需(xu)要到現場🌐，通(tong)過按鍵💃來完(wan)成。随着控制(zhì)技術，特别是(shi)網絡技術的(de)迅速發展，智(zhì)能儀表正💋逐(zhú)步取代傳統(tong)的模拟儀表(biǎo)，其标志主要(yao)體現在高可(ke)靠性、精度佳(jiā)和總線通信(xin)。在流🏃‍♀️量測量(liang)方面， 智能的(de)差壓流量計(jì) 、 電磁流量計(jì) 都得到廣泛(fan)應用。而 金屬(shu)管浮子流量(liang)計 雖然在石(shí)油、化工、醫藥(yào)等領域有着(zhe)廣泛的應用(yòng)，但由于大多(duo)工作環境惡(e)劣，金屬管浮(fú)子流量計的(de)智能化改造(zào)有着一定的(de)技術困難，加(jiā)之金屬管浮(fú)子📐流量計本(běn)身是低成本(běn)的儀表，如果(guo)改造成本過(guo)高，将會使其(qí)喪失本身的(de)成本優勢。
　　智(zhì)能金屬管浮(fú)子流量計，通(tōng)過選用性能(neng)佳、低功耗、低(dī)💰成本的微處(chù)理器，一方面(mian)将HART協議移植(zhi)到金屬管浮(fu)子流量計上(shàng)實現總線通(tōng)信，另一方面(mian)采用Kalman濾波方(fāng)法，提高了流(liú)量計的🙇🏻精度(du)。
2流量計的硬(yìng)件設計
　　智能(neng)金屬管浮子(zi)流量計的硬(yìng)件采用模塊(kuài)化設計🚩，共分(fen)爲傳感🌈器單(dan)元、微處理器(qì)單元、顯示單(dān)元、總線通信(xin)單元和供電(diàn)單元等五個(ge)模塊。硬件框(kuang)圖如圖1所示(shi)。
 
　　現(xiàn)場信号的檢(jian)測，由傳感器(qi)單元來完成(cheng)，将磁鋼嵌在(zài)流量計的♻️浮(fu)子内部，霍爾(er)元件固定在(zài)流量計外❤️管(guǎn)壁，當流🤟量改(gai)變時🌈，浮子位(wei)置改變，磁鋼(gang)的磁場随🈲之(zhī)改變🏒，霍爾元(yuan)🌈件輸出的電(dian)壓經放大調(diào)理後送入微(wēi)處理器單元(yuan)。
　　微處理器單(dan)元的核心選(xuǎn)用TI公司的MSP430FE425，其(qí)運算速度高(gāo)、超低功耗的(de)同時，内部集(jí)成了AD轉換器(qi)和FLASH存儲器，因(yīn)此可以有效(xiào)地🚩減少系統(tǒng)的配置，大大(da)簡化了系統(tǒng)♉的硬件☎️組成(cheng)，提高系統的(de)運行的可靠(kào)💰性。微處理器(qi)單元接收🚶傳(chuan)感器單元的(de)檢測信号，經(jīng)濾波、溫度補(bǔ)償後将現場(chang)實際流量值(zhí)送至顯示單(dān)元顯示，同時(shi)⚽經總線通信(xìn)單元、HART總線送(song)至上✨位機。
　　總(zǒng)線通信單元(yuan)是HART協議物理(li)層的硬件實(shí)現。一方面✍️微(wei)處理器⚽單元(yuan)送出的數字(zi)信号經調制(zhì)解調器HT2012調制(zhi)成FSK頻移鍵控(kòng)信号，疊加在(zài)環路上發送(song)到HART總線。另一(yī)方面總.線通(tong)信單元将從(cong)HART總線接收到(dao)的信号解調(diao)，然後将數字(zi)信号送給微(wēi)處理器單元(yuán)㊙️。從而實現🔅了(le)智能金屬管(guan)浮子流量計(ji)和上位機之(zhi)間的雙向通(tōng)信。
3流量計的(de)軟件設計
　　智(zhì)能金屬管浮(fú)子流量計的(de)軟件設計采(cǎi)用模塊化♍編(bian)程結🐇構，主🏒要(yào)包括三個部(bu)分:輸入模塊(kuài)、控制模塊、輸(shu)出模塊。所有(yǒu)程序代碼均(jun)采用C語言編(biān)寫。
　　輸入模塊(kuai)主要包括數(shu)據采集、濾波(bō)、溫度補償、非(fei)線性補償和(hé)數值計算等(deng)，總體采用定(dìng)時器中斷方(fang)式💛，程序流程(cheng)圖如🛀圖2所示(shi)。輸入模塊中(zhōng)的非線性補(bǔ)償程序采用(yong)分段💁線性拟(nǐ)合的方式來(lai)實🌈現。通過采(cai)集9組或11組流(liu)🏃🏻‍♂️量信号，作爲(wèi)拟合直線的(de)端點🈲，當前采(cǎi)樣📞值按數據(jù)大小得到拟(nǐ)合曲線段的(de)斜率和初始(shǐ)數據，代入拟(ni)合㊙️方程即可(kě)得到修正後(hou)的流量數據(jù)。
 
　　控制模塊包(bao)括鍵盤處理(lǐ)程序和看門(men)狗程序，鍵盤(pán)處理功能是(shì)通過中斷方(fāng)式設置标志(zhì)位在置入參(cān)數子程序中(zhōng)實現的。智能(neng)金屬管浮子(zǐ)流量計在通(tong)過總線組網(wǎng)，實現.上位機(ji)組态調試的(de)‼️同時，通過鍵(jian)盤，可以就地(di)調試。
　　輸出模(mó)塊包括顯示(shì)程序和通信(xìn)中斷服務程(chéng)序。通信中斷(duàn)服務程序流(liu)程圖如圖3所(suo)示。
 
4結論
　　在設(shè)計過程中，一(yī)方面采用了(le)性能佳、低功(gōng)耗、低成本的(de)微處理器，在(zài)金屬管浮子(zi)流量計上實(shí)現了HART總線通(tong)信，實現了上(shang)位機組🚩态，連(lian)接圖如圖4所(suo)示。另一方面(miàn)充分考慮智(zhi)能金屬管浮(fu)子流量👅計在(zài)現場工作時(shi)由于⛱️管道機(jī)械振動和磁(cí)場不穩定✔️的(de)幹擾，微處理(li)器獲得的信(xin)号有噪音，采(cǎi)用數字信号(hao)處理方🤩法結(jié)合現代濾🔱波(bo)技術，采用Kalman濾(lǜ)波方法，提高(gao)了流量計的(de)精度💜。同時由(yóu)于采取了溫(wen)度補🐆償措施(shi)，提高了流量(liang)計的抗溫度(dù)幹擾能力。
 
　　經(jing)過現場測試(shì)，該流量計的(de)瞬時流量基(ji)本誤差爲0.8675%，回(huí)❤️差爲0.725%;累計精(jīng)度不超過1.5%，溫(wen)度影響0.0019%/℃。

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