本文介(jie)紹了智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji) 的設計(ji)思路，以(yi)及系統(tong)硬件及(ji)軟件設(she)計。該流(liu)量計🌈由(you)于采🍉用(yong)‼️了😘性能(neng)微處理(li)器，一方(fang)面将HART協(xie)議移植(zhi)到‼️金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)🚩上實現(xian)總線通(tong)信，另一(yi)方面采(cai)用Kalman濾波(bo)💞方法，提(ti)❤️高了流(liu)量計的(de)㊙️精度。同(tong)時在産(chan)品的設(she)計.上采(cai)用模塊(kuai)化設計(ji)降低了(le)系統的(de)運行故(gu)障。經現(xian)場測試(shi)，流量計(ji)在組态(tai)、精度等(deng)方面都(dou)達到了(le)設計要(yao)求。
1引言(yan)
　　早期的(de)流量計(ji)都是模(mo)拟式儀(yi)表，信息(xi)傳輸采(cai)用的♈是(shi)4~20mA或1~5V的模(mo)拟信号(hao)，進行儀(yi)表參數(shu)的設定(ding)都需要(yao)到現場(chang)，通過按(an)鍵來完(wan)成。随着(zhe)控制技(ji)術，特别(bie)是網絡(luo)技術的(de)✊迅速發(fa)展，智能(neng)儀表正(zheng)逐步取(qu)代傳統(tong)的模拟(ni)儀表，其(qi)标志主(zhu)要體現(xian)在高可(ke)靠性、精(jing)度佳和(he)總線通(tong)信。在流(liu)量測量(liang)方面， 智(zhi)能的差(cha)壓流量(liang)計 、 電磁(ci)流量計(ji) 都得到(dao)廣泛應(ying)用。而 金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計 雖然(ran)在石油(you)、化工、醫(yi)藥等領(ling)域有着(zhe)廣泛的(de)應用，但(dan)由于大(da)多工作(zuo)環境惡(e)劣，金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)的智能(neng)化改造(zao)有着一(yi)定的技(ji)術困難(nan)，加之金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計💛本身(shen)是低成(cheng)本的儀(yi)表💘，如果(guo)改🤞造成(cheng)本過高(gao)，将會使(shi)其喪失(shi)本身的(de)成本優(you)勢。
　　智能(neng)金屬管(guan)浮子流(liu)量計，通(tong)過選用(yong)性能佳(jia)、低功耗(hao)、低成本(ben)的微處(chu)理器，一(yi)方面将(jiang)HART協議移(yi)植到金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計上實(shi)現總線(xian)♌通信，另(ling)一方面(mian)采用Kalman濾(lü)波🤩方法(fa)，提♻️高了(le)流量計(ji)的精度(du)。
2流量計(ji)的硬件(jian)設計
　　智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)的硬件(jian)采用模(mo)塊化設(she)計，共分(fen)爲傳📐感(gan)器單元(yuan)、微處理(li)器單元(yuan)、顯示單(dan)元、總線(xian)通信單(dan)元和供(gong)電單元(yuan)等五個(ge)模塊。硬(ying)件框圖(tu)如圖1所(suo)示。
 
　　現場信(xin)号的檢(jian)測，由傳(chuan)感器單(dan)元來完(wan)成，将磁(ci)鋼嵌在(zai)流量計(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的❤️浮子(zi)内部，霍(huo)爾元件(jian)固定在(zai)流量計(ji)外管壁(bi)，當流量(liang)改變時(shi)，浮子位(wei)置改變(bian)，磁鋼的(de)磁場随(sui)👉之改變(bian)，霍爾元(yuan)件輸出(chu)的電壓(ya)經放大(da)🤩調理後(hou)送入微(wei)處理器(qi)單元。
　　微(wei)處理器(qi)單元的(de)核心選(xuan)用TI公司(si)的MSP430FE425，其運(yun)算速度(du)高、超低(di)㊙️功耗的(de)同時，内(nei)部集成(cheng)了AD轉換(huan)器和FLASH存(cun)儲器，因(yin)此可以(yi)有效地(di)減少系(xi)統的配(pei)置，大大(da)簡化了(le)系統的(de)硬件組(zu)成，提高(gao)系統的(de)運行的(de)可靠👌性(xing)。微處理(li)器📱單元(yuan)接收傳(chuan)感器單(dan)元的檢(jian)測信号(hao)，經濾波(bo)、溫度補(bu)償後将(jiang)現場⚽實(shi)際流量(liang)值送至(zhi)顯示單(dan)元顯示(shi)，同時經(jing)總線通(tong)信單元(yuan)、HART總線送(song)至上☂️位(wei)機。
　　總線(xian)通信單(dan)元是HART協(xie)議物理(li)層的硬(ying)件實現(xian)。一方面(mian)🈲微🔆處理(li)器👈單元(yuan)送出的(de)數字信(xin)号經調(diao)制解調(diao)器HT2012調制(zhi)成‼️FSK頻移(yi)鍵控信(xin)号，疊加(jia)在環路(lu)上發送(song)到HART總線(xian)。另一方(fang)面總.線(xian)通信單(dan)元💘将從(cong)HART總線接(jie)收到的(de)信号解(jie)調，然後(hou)将數字(zi)信号送(song)給微處(chu)理器單(dan)元。從而(er)實現了(le)智能金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計和上(shang)位機之(zhi)間的雙(shuang)向通信(xin)。
3流量計(ji)的軟件(jian)設計
　　智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)的軟件(jian)設計采(cai)用模塊(kuai)化編程(cheng)結構，主(zhu)🐪要包括(kuo)三個部(bu)分:輸入(ru)模塊、控(kong)制模塊(kuai)、輸出模(mo)塊。所有(you)程序代(dai)碼均采(cai)用C語言(yan)編寫。
　　輸(shu)入模塊(kuai)主要包(bao)括數據(ju)采集、濾(lü)波、溫度(du)補償、非(fei)線性補(bu)償❤️和數(shu)值計算(suan)等，總體(ti)采用定(ding)時器中(zhong)斷方式(shi)✨，程序♍流(liu)程圖如(ru)圖2所示(shi)。輸入模(mo)塊中的(de)非線性(xing)補償程(cheng)序采🔅用(yong)分段線(xian)性拟合(he)的方⭐式(shi)來實現(xian)。通過采(cai)集9組或(huo)11組流量(liang)信号，作(zuo)爲拟合(he)直線的(de)端點，當(dang)前采樣(yang)值按數(shu)據大小(xiao)得到拟(ni)合曲線(xian)段的斜(xie)率和初(chu)始數據(ju)，代入拟(ni)合方程(cheng)即可得(de)到修正(zheng)後的流(liu)量數據(ju)。
 
　　控制模(mo)塊包括(kuo)鍵盤處(chu)理程序(xu)和看門(men)狗程序(xu)，鍵盤處(chu)♈理🔴功🌏能(neng)是通過(guo)中斷方(fang)式設置(zhi)标志位(wei)在置入(ru)參🐇數子(zi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻程序中(zhong)實現的(de)。智能金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計在通(tong)過總線(xian)組網，實(shi)現.上位(wei)機組态(tai)調試的(de)🈲同時，通(tong)過鍵盤(pan)，可以就(jiu)地調試(shi)。
　　輸出模(mo)塊包括(kuo)顯示程(cheng)序和通(tong)信中斷(duan)服務程(cheng)序。通信(xin)中斷服(fu)務程序(xu)流程圖(tu)如圖3所(suo)示。
 
4結論(lun)
　　在設計(ji)過程中(zhong)，一方面(mian)采用了(le)性能佳(jia)、低功耗(hao)、低成本(ben)👈的微處(chu)理器，在(zai)金屬管(guan)浮子流(liu)量計上(shang)實現了(le)HART總💯線通(tong)💯信，實現(xian)了上位(wei)機組态(tai)，連接圖(tu)如圖4所(suo)示。另一(yi)方面充(chong)✔️分考慮(lü)智能金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計在現(xian)場工作(zuo)時由于(yu)管道機(ji)械振動(dong)和磁場(chang)不穩定(ding)的幹擾(rao)，微處理(li)器獲得(de)的信号(hao)有噪🤩音(yin)，采用數(shu)字信号(hao)處理方(fang)法結合(he)現代濾(lü)波技術(shu)，采用Kalman濾(lü)波方法(fa)，提高了(le)🔴流量計(ji)的精度(du)💘。同時由(you)于采取(qu)了溫度(du)補償措(cuo)施，提高(gao)了流量(liang)計的抗(kang)溫度幹(gan)擾能力(li)。
 
　　經過現(xian)場測試(shi)，該流量(liang)計的瞬(shun)時流量(liang)基本誤(wu)差爲0.8675%，回(hui)🔴差爲🛀🏻0.725%;累(lei)計精度(du)不超過(guo)1.5%，溫度影(ying)響0.0019%/℃。

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