0 引言
渦輪流量計精度高
1 工作原理
當被測氣體流入流量計時
1.1 一般情況
在一般情況下
式中：N為流量計測得的脈沖數(shù)
1.2 工業(yè)情況
在充分考慮工業(yè)液體的密度和溫度的影響時，傳感器處的體積單量值可修正為
式中：t為傳感器處的溫度
2 硬件設計
硬件設計如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件框圖
單片機選用具有超低功耗的16位單片機MSP430F147
2.1 數(shù)據(jù)采集部分
流量信號檢測采用研制的渦輪流量計
由于實際使用中被測流體密度和操作狀態(tài)的改變
，必須對檢測到的流量進行修正。溫度傳感器選用DS18B20，量程范圍較寬（-55～125℃），使用中不需要任何外圍器件，測量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。壓力傳感器采用154N型擴散硅壓力傳感器，測量精度為011%，具有較好的線性度和低功耗特性，能夠?qū)崿F(xiàn)零位校準和溫度補償。2.2 累計存儲
為了保存累計流量，單片機的P3口外擴了一個EEPROM 24LC02B
，如圖2所示。由于24LC02B是I2C總線工作方式，而MSP430F147單片機沒有I2C，因此在設計時采用單片機的一般I/O口P515和P516分別作為I2C總線的SCL和SDA線，采用軟件來模擬I2C總線，從而實現(xiàn)與24LC02B進行接口圖2 24LC02B與單片機的連接
2.3 顯示與鍵盤處理模塊
鍵盤采用5按鍵直接與單片機的P2口連接
3 HART模塊
流量計除了具有RS-485通信功能以外
如圖3所示，HART協(xié)議通信模塊主要由HART調(diào)制解調(diào)器A5191HRT和D/A轉(zhuǎn)換器AD421及其外圍電路實現(xiàn)
。其中AD421通過串行接口接收現(xiàn)場儀表內(nèi)部MCU傳送的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成4～20mA電流輸出，輸出主要的測量結(jié)果。A5191HRT則接收疊加在4～20mA環(huán)路上的信號，對其帶通濾波和放大之后進行載波檢測，如果檢測到FSK頻移鍵控信號，則將1.2kHz的信號解調(diào)為“1”，2.2kHz信號解調(diào)為“0”，并通過串口通信傳輸給MSP430F147，MSP430F147接收命令幀并作相應的數(shù)據(jù)處理。之后，MSP430F147產(chǎn)生要發(fā)回的應答幀，應答幀的數(shù)字信號由A5191HRT調(diào)制成相應的1.2kHz和2.2kHz的FSK頻移鍵控信號，并經(jīng)過發(fā)送信號整型電路進行波形整形后，經(jīng)AD421疊加在環(huán)路上發(fā)送。
圖3 HART通信模塊結(jié)構(gòu)圖
設計中當A5191HRT接收時，從4～20mA環(huán)路上接收信號
，經(jīng)過帶通濾波、放大整形后提取出FSK信號并解調(diào)為數(shù)字信號，傳送給MSP 430F147；發(fā)送時，從MSP430F147接收數(shù)據(jù)，進行調(diào)制和波形整形后耦合到AD421內(nèi)部，通過AD421疊加到環(huán)路上。A5191HRT和MSP 430F147通過后者的通用串行通信接口連接。電路圖如圖4所示。
圖4 HART通信模塊電路圖
AD421是單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器
，主要由電壓調(diào)整器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流放大器組成。電壓調(diào)整器由運放、帶隙基準和外接FET調(diào)整管組成，能夠從環(huán)路中獲取電流，為AD421和其他器件提供3.0V其中
，與MSP430的通用串行收發(fā)模塊UART的接口信號包括載波檢測OCD、HART解調(diào)輸出ORXD、來自UART的HART調(diào)制輸入ITXD和請求發(fā)送INRTS；LOOP+為4～20mA環(huán)路輸入，經(jīng)過外部電阻電容和A5191HRT內(nèi)部電路完成接收信號的帶通濾波和放大，用于解調(diào)；調(diào)制好的數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部整形電路處理后由管腳OTXA輸出，通過電容耦合到AD421內(nèi)部，然后疊加到環(huán)路上傳輸；HART調(diào)制解調(diào)的時鐘信號源于外接的460.8kHz晶體產(chǎn)生的振蕩。其中LOOP+和LOOP-分別是電流環(huán)路的兩個端口；從MSP430F147輸入DAC的數(shù)字碼是通過三線接口實現(xiàn)的，分別是時鐘線CLOCK、數(shù)據(jù)線DATA和鎖存線LATCH。4 軟件實現(xiàn)
測量系統(tǒng)軟件采用IAREmbeddedWorkbench作為終端軟件的開發(fā)平臺
，編程語言采用C430。為了充分利用MSP430F147低功耗模式的特點，在完成系統(tǒng)初始化之后馬上進入低功耗模式LPM3，通過中斷喚醒CPU，執(zhí)行相應功能模塊，中斷完成后恢復低功耗模式。系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。圖5 程序流程圖
系統(tǒng)用到的中斷包括：外部中斷（脈沖采集和鍵盤）
、定時中斷和串口通信中斷。由于多個中斷的同時存在，除定時中斷外，其他中斷遠的到來時間具有不可預測性，為保證脈沖采集中斷的zui高優(yōu)先級，在定時中斷執(zhí)行完成后5 結(jié)束語
該流量計可靈活
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