本文介紹(shào)了智能金屬(shǔ)管浮子流量(liàng)計 的設計思(si)路，以及系統(tong)硬件及軟件(jian)設計。該流量(liang)計✂️由于采用(yong)了性能微處(chu)理器，一方面(miàn)将HART協議移植(zhí)到金屬管浮(fú)子流量計上(shang)實現總線通(tong)信，另一方面(miàn)采用Kalman濾波☁️方(fāng)法，提高了流(liú)量計的精度(du)。同🐅時在産品(pin)的設計.上采(cai)用模塊化設(shè)計降低了系(xì)統的運行故(gù)障。經現場測(cè)試，流量計在(zài)組态、精度等(děng)方面都達到(dào)了💃🏻設計要求(qiú)。
1引言
　　早期的(de)流量計都是(shi)模拟式儀表(biǎo)，信息傳輸采(cai)用的是4~20mA或1~5V的(de)模拟信号，進(jìn)行儀表參數(shù)的設定都需(xū)要到現場🔞，通(tong)過按鍵來完(wan)📱成。随着控制(zhi)技術，特别是(shì)網絡技術的(de)迅速發展，智(zhi)能儀表正🛀逐(zhu)步取👣代傳統(tǒng)的模拟儀表(biǎo)，其标志主要(yào)體現在高🔞可(kě)靠性、精度佳(jia)和總線通信(xin)。在流量測量(liàng)方面， 智能的(de)差壓流量計(jì) 、 電磁流量計(jì) 都得到廣泛(fàn)應用。而 金屬(shu)管浮子流量(liang)計 雖然在石(shi)油、化工、醫藥(yào)等領域有着(zhe)廣泛的應用(yòng)，但由于大多(duō)工作環境惡(è)劣，金屬管浮(fu)子流量計的(de)智能化改造(zao)有着一定的(de)技術困難，加(jia)之金屬管浮(fú)子流量計🔅本(ben)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(zhi)能金屬管浮(fu)子流量計，通(tong)過選用性能(néng)佳、低功耗、低(dī)成本的微處(chu)理器，一方面(miàn)将HART協議移植(zhi)到金屬管浮(fu)子流量計上(shàng)⚽實現總線通(tong)信，另一方面(miàn)采用Kalman濾波方(fang)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(kuai)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(xìn)單元和供電(diàn)單元等五個(ge)模塊。硬件框(kuàng)圖如圖1所示(shì)。
 
　　現(xian)場信号的檢(jian)測，由傳感器(qì)單元來完成(cheng)，将磁鋼嵌在(zai)流⛷️量🔞計的浮(fú)子内部，霍爾(ěr)元件固定在(zài)流量計外管(guǎn)壁，當流量改(gǎi)變時，浮子位(wèi)置改變，磁鋼(gang)的磁場随之(zhī)改變，霍爾元(yuán)件輸出🥵的電(dian)壓經放大調(diào)理後送入微(wēi)處理器單元(yuán)。
　　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(yin)此可以有效(xiào)地減少系統(tong)的配置，大大(dà)簡化了系統(tong)的硬件組成(chéng)，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(bu)償後将現場(chǎng)實際流量值(zhí)♋送至顯示單(dān)元顯示，同時(shi)經總線通信(xin)㊙️單元、HART總線送(song)至上位機。
　　總(zong)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(yuán)送出的數字(zì)信号經調制(zhì)解調器HT2012調制(zhi)成FSK頻移鍵控(kong)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(cóng)HART總🙇🏻線接收到(dao)的信号解🔴調(diào)，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(guǎn)浮子流量計(ji)和上位機之(zhi)間的雙向🔴通(tong)信。
3流量計的(de)軟件設計
　　智(zhi)能金屬管浮(fu)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(bù)分:輸入模塊(kuài)、控制模塊、輸(shu)出模塊。所有(you)程序代碼均(jun)采用C語言編(biān)寫。
　　輸入模塊(kuài)主要包括數(shu)據采集、濾波(bo)、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(fāng)式，程序流程(chéng)圖如圖2所示(shì)。輸入模塊中(zhōng)的非線性補(bǔ)償程序采用(yong)分段線性拟(ni)合的方式來(lái)實現。通過采(cǎi)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(ju)大小得到拟(nǐ)合曲線段的(de)斜率和初始(shǐ)數據，代入拟(nǐ)合方程即可(ke)得到修🔅正後(hòu)的流量數據(ju)。
 
　　控制模塊包(bāo)括鍵盤處理(li)程序和看門(men)狗程序，鍵盤(pán)處理✍️功能是(shi)☔通過中斷方(fang)式設置标志(zhi)位在置入參(can)數子程序中(zhong)實現的🔞。智能(néng)金屬管浮子(zi)流量計在通(tong)過總線組網(wǎng)，實現.上位機(jī)組态調試的(de)同時，通過鍵(jiàn)盤，可以就地(dì)調試。
　　輸出模(mo)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(liú)程圖如圖3所(suo)示。
 
4結論
　　在設(shè)計過程中，一(yi)方面采用了(le)性能佳、低功(gong)耗、低成本🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)微處理☂️器，在(zai)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(lián)接圖如圖4所(suo)示。另一方面(mian)充分考慮🔴智(zhi)能金屬管浮(fu)子流量計在(zai)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(xìn)号有噪音，采(cai)用數字信号(hao)處理方法結(jié)合現代濾波(bō)技術，采用Kalman濾(lǜ)👌波方法，提高(gāo)了😍流量計的(de)精度。同時由(you)于采取✊了溫(wēn)度補償措施(shī)，提高了流量(liàng)計的抗溫度(du)幹♻️擾能力。
 
　　經(jīng)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(jing)度不超過1.5%，溫(wēn)度影響0.0019%/℃。

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