本(běn)文介紹(shào)了智能(neng)金屬管(guǎn)浮子流(liú)量計 的(de)設計思(sī)路，以及(jí)系統硬(ying)件及軟(ruǎn)件設計(ji)。該流量(liang)計⛷️由于(yu)采用了(le)性能微(wēi)處理器(qi)，一方面(miàn)将HART協議(yì)移植到(dao)金屬管(guǎn)浮子流(liú)量計💁上(shang)實現總(zǒng)線通信(xin)，另一方(fāng)面采用(yòng)Kalman濾波方(fang)法，提高(gao)了流量(liàng)計的精(jīng)度。同時(shi)在産品(pǐn)的設計(jì).上采用(yong)模塊化(hua)設計降(jiang)低了系(xi)統的運(yun)行故障(zhang)。經現場(chang)測試🍉，流(liu)量計在(zài)組态、精(jing)度等方(fāng)面都達(da)到了👣設(she)計要求(qiu)。
1引言
　　早(zao)期的流(liu)量計都(dōu)是模拟(nǐ)式儀表(biao)，信息傳(chuán)輸采用(yong)的✏️是4~20mA或(huò)😄1~5V的模拟(nǐ)信号，進(jìn)行儀表(biao)參數的(de)設定都(dōu)需要到(dao)💯現場，通(tōng)過按鍵(jian)來完🤟成(cheng)。随🥰着控(kòng)制技術(shu)，特别是(shi)網絡技(ji)術的迅(xun)速發展(zhǎn)，智能儀(yí)表正逐(zhú)步取代(dai)傳統的(de)模拟儀(yi)表，其标(biao)志主要(yao)體現在(zài)高👅可靠(kao)性、精度(du)佳和總(zong)💯線通信(xin)。在流量(liang)測量方(fang)面， 智能(néng)的差壓(ya)流量計(jì) 、 電磁流(liú)量計 都(dou)得到廣(guǎng)泛應用(yong)。而 金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計(ji) 雖然在(zài)石油、化(huà)工、醫藥(yao)等領域(yù)有着廣(guǎng)泛的應(yīng)用，但由(you)于大多(duo)工🏒作環(huan)境惡劣(lie)，金屬管(guan)浮子流(liú)量計的(de)智能化(hua)改造有(you)着一定(dìng)的技🏃術(shù)困難，加(jia)之金屬(shu)管浮子(zǐ)流量計(jì)🌏本身是(shi)低成本(běn)的儀表(biao)📐，如果改(gai)造成本(běn)過高，将(jiang)會使其(qi)喪失本(ben)身的成(chéng)本優勢(shi)。
　　智能金(jin)屬管浮(fú)子流量(liàng)計，通過(guo)選用性(xìng)能佳、低(dī)功耗、低(dī)成本🤟的(de)微處理(li)器，一方(fāng)面将HART協(xié)議移植(zhi)到金屬(shu)管浮子(zǐ)流量計(ji)上實現(xiàn)總線通(tong)信，另一(yi)方面采(cǎi)用Kalman濾波(bo)方法，提(tí)高了流(liú)量計的(de)精度。
2流(liú)量計的(de)硬件設(shè)計
　　智能(néng)金屬管(guǎn)浮子流(liú)量計的(de)硬件采(cai)用模塊(kuai)化設計(jì)，共分爲(wèi)傳感🔞器(qi)單元、微(wei)處理器(qi)單元、顯(xian)示單元(yuán)、總線通(tong)信單元(yuán)和供電(dian)單🚶‍♀️元等(deng)🚶五個模(mo)塊。硬件(jiàn)框圖如(ru)圖1所示(shi)。
 
　　現(xian)場信号(hao)的檢測(cè)，由傳感(gǎn)器單元(yuán)來完成(cheng)，将磁鋼(gāng)嵌在👣流(liu)量計的(de)浮子内(nei)部，霍爾(ěr)元件固(gu)定在流(liú)量計外(wài)🚶管壁，當(dāng)流量改(gai)變時，浮(fu)子♈位置(zhi)改變，磁(cí)鋼的磁(ci)場随之(zhi)改變，霍(huo)爾元件(jiàn)輸出👄的(de)電壓👌經(jing)放大調(diào)理後送(sòng)入微處(chu)理器單(dan)元。
　　微處(chù)理器單(dan)元的核(he)心選用(yòng)TI公司的(de)MSP430FE425，其運算(suan)速度高(gāo)、超低功(gong)耗的同(tong)時，内部(bù)集成了(le)AD轉換器(qi)和FLASH存儲(chǔ)器，因此(cǐ)可以有(you)效地🌈減(jian)少系統(tong)的配置(zhì)，大大簡(jian)化了系(xì)統的硬(yìng)件🔴組成(cheng)，提高系(xì)統的運(yùn)行的可(ke)靠性。微(wēi)處理器(qi)單元接(jie)收傳感(gan)器單元(yuán)的檢測(cè)信号，經(jing)濾波、溫(wēn)度補償(chang)後将現(xiàn)場實際(ji)流量值(zhi)送至顯(xiǎn)示單元(yuán)顯示，同(tóng)時🌈經總(zǒng)線通信(xìn)單🥰元、HART總(zǒng)線送至(zhì)上位機(ji)。
　　總線通(tong)信單元(yuán)是HART協議(yi)物理層(ceng)的硬件(jian)實現。一(yī)方面微(wei)處理器(qi)單元送(song)出的數(shù)字信号(hao)經調制(zhi)解調器(qi)HT2012調制成(cheng)FSK頻移鍵(jiàn)控信号(hao)🌐，疊加在(zài)環路上(shang)發送到(dao)HART總線。另(ling)一方面(miàn)總.線通(tong)信單元(yuan)将從HART總(zǒng)線接收(shōu)到的信(xìn)号解調(diao)，然後将(jiang)數字信(xìn)号送給(gěi)微處理(lǐ)器單元(yuán)。從而實(shí)現了智(zhi)能金屬(shǔ)💞管浮子(zǐ)流量計(ji)和上位(wei)機之間(jian)的雙向(xiàng)通信。
3流(liu)量計的(de)軟件設(she)計
　　智能(néng)金屬管(guan)浮子流(liú)量計的(de)軟件設(she)計采用(yòng)模塊化(hua)編程結(jié)構，主要(yao)包括三(sān)個部分(fèn):輸入模(mó)塊、控制(zhi)模塊、輸(shu)出💯模塊(kuài)。所有程(chéng)序代碼(ma)均采用(yong)C語言編(bian)寫。
　　輸入(ru)模塊主(zhǔ)要包括(kuo)數據采(cai)集、濾波(bo)、溫度補(bu)償、非線(xiàn)性補償(chang)和數值(zhi)計算等(děng)，總體采(cǎi)用定時(shi)器中斷(duàn)方式🌈，程(chéng)序流程(chéng)圖如圖(tú)2所♈示。輸(shū)入模塊(kuài)中的非(fei)線性補(bu)償程序(xù)采用分(fèn)段🐕線性(xing)拟💃🏻合的(de)方式來(lai)實現。通(tong)過采集(ji)9組或11組(zǔ)流量信(xìn)号，作爲(wèi)拟合直(zhí)線的端(duan)點，當前(qian)采樣值(zhí)按數據(jù)大小得(dé)到拟合(hé)曲線段(duàn)的斜率(lǜ)和初始(shi)數據，代(dài)入拟合(he)方程即(ji)可得到(dào)修正後(hòu)的流量(liàng)數據。
 
　　控(kòng)制模塊(kuài)包括鍵(jian)盤處理(lǐ)程序和(he)看門狗(gou)程序，鍵(jian)盤處理(lǐ)功♋能是(shi)通過中(zhōng)斷方式(shì)設置标(biāo)志位在(zai)置入參(can)數子程(chéng)序🐪中實(shí)現的。智(zhì)能金屬(shu)管浮子(zǐ)流量計(ji)在通過(guo)總線組(zǔ)網，實現(xiàn).上位機(jī)組态調(diao)試的📐同(tóng)時，通過(guò)鍵盤，可(ke)以就地(dì)調試。
　　輸(shu)出模塊(kuai)包括顯(xiǎn)示程序(xu)和通信(xin)中斷服(fu)務程序(xu)。通信中(zhōng)斷服務(wu)程序流(liu)程圖如(ru)圖3所示(shi)。
 
4結論
　　在(zai)設計過(guò)程中，一(yi)方面采(cǎi)用了性(xìng)能佳、低(di)功耗、低(dī)成🙇🏻本的(de)♋微處理(lǐ)器，在金(jin)屬管浮(fú)子流量(liang)計上實(shi)現了HART總(zong)線通信(xin)，實現了(le)上位機(ji)組态，連(lián)接圖如(ru)圖4所示(shi)。另一方(fang)面充😄分(fen)考慮智(zhi)能金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計(ji)在現場(chang)工👈作時(shi)由于🐪管(guan)道機械(xiè)振動和(he)磁🔆場不(bú)穩定的(de)幹擾，微(wei)⭐處理器(qi)獲得🍓的(de)信号有(you)噪🔅音，采(cai)用數字(zi)📱信号處(chu)理方📱法(fǎ)結合現(xian)代🌈濾波(bō)技術，采(cǎi)用Kalman濾波(bo)方法，提(tí)高了流(liu)量計的(de)精度。同(tong)時由于(yú)采取了(le)溫度補(bǔ)償措施(shi)，提高了(le)流量計(jì)的抗溫(wen)度幹擾(rao)能力。
 
　　經(jīng)過現場(chang)測試，該(gai)流量計(jì)的瞬時(shi)流量基(jī)本誤差(chà)爲0.8675%，回差(cha)㊙️爲0.725%;累計(jì)精度不(bú)超過1.5%，溫(wen)度影響(xiang)0.0019%/℃。

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