本文介(jiè)紹(shào)了智(zhì)能金屬(shǔ)管浮(fú)子流量(liàng)計 的(de)設計(jì)思路，以(yǐ)及(jí)系統(tǒng)硬件(jiàn)及軟件設計。該流量計由于采用了性能微處理(lǐ)器，一方(fāng)面将hart協議移植(zhí)到金(jīn)屬管浮子流量計上實現(xiàn)總線通信，另一(yī)方面采用kalman濾波(bō)方法，提(tí)高了流(liú)量計的精度。同(tóng)時在(zài)産品(pǐn)的設(shè)計.上(shàng)采用模塊化設計降低了(le)系統的運行故(gù)障。經現場測試，流(liú)量計在組态(tài)、精度等方面都(dōu)達到了設計要(yào)求。
1引言
　　早期的(de)流量(liàng)計(jì)都(dōu)是模(mó)拟(nǐ)式儀表(biǎo)，信息(xī)傳輸采用的是(shì)4~20ma或1~5v的模拟(nǐ)信号(hào)，進行儀(yí)表參數(shù)的設定都需要到現場，通過按(àn)鍵來完成。随着(zhe)控制(zhì)技術(shù)，特别(bié)是網絡技(jì)術的(de)迅速發展，智能(néng)儀表正逐(zhú)步取(qǔ)代傳統的模拟(nǐ)儀表(biǎo)，其标(biāo)志主(zhǔ)要體現(xiàn)在高可(kě)靠性、精度(dù)佳和(hé)總線(xiàn)通信(xìn)。在流(liú)量測量方(fāng)面， 智(zhì)能的差(chà)壓(yā)流量(liàng)計 、 電(diàn)磁流(liú)量計(jì) 都得到廣(guǎng)泛應(yīng)用。而(ér) 金屬管浮(fú)子流量計 雖然(rán)在石油、化工、醫(yī)藥等領域(yù)有着(zhe)廣泛的應用，但由于大多工作(zuò)環境惡劣(liè)，金(jīn)屬(shǔ)管浮子流量計(jì)的智(zhì)能(néng)化(huà)改造(zào)有着一(yī)定的技術困難，加(jiā)之金(jīn)屬管(guǎn)浮子流(liú)量(liàng)計本(běn)身是低成本的儀表(biǎo)，如果(guǒ)改造成本過高，将會(huì)使其喪失(shī)本身的(de)成本(běn)優(yōu)勢。
　　智能(néng)金(jīn)屬管(guǎn)浮子流量計，通(tōng)過選用性能佳(jiā)、低功耗、低(dī)成本(běn)的微處理器，一(yī)方面将hart協(xié)議移植到金(jīn)屬管浮(fú)子流量計上實(shí)現總線通信，另(lìng)一方面(miàn)采(cǎi)用kalman濾波方法(fǎ)，提高了(le)流量計(jì)的精度(dù)。
2流量(liàng)計的硬件(jiàn)設計
　　智能金屬管浮(fú)子(zǐ)流量(liàng)計(jì)的硬件(jiàn)采用模(mó)塊化(huà)設計(jì)，共分爲傳(chuán)感器單元、微處理器(qì)單元(yuán)、顯示單元(yuán)、總(zǒng)線通信單(dān)元(yuán)和供(gòng)電單元等(děng)五個(gè)模塊(kuài)。硬件框圖(tú)如圖1所示(shì)。
 
　　現場信(xìn)号(hào)的檢(jiǎn)測，由傳感(gǎn)器單(dān)元來完成(chéng)，将磁(cí)鋼嵌在流(liú)量計的浮子内(nèi)部，霍(huò)爾元件固定在(zài)流量(liàng)計外管壁(bì)，當流量(liàng)改變時(shí)，浮子(zǐ)位置(zhì)改(gǎi)變，磁鋼的磁場随(suí)之改變，霍(huò)爾元(yuán)件輸(shū)出的電壓(yā)經(jīng)放大調理後(hòu)送入微處理器(qì)單元(yuán)。
　　微處理器(qì)單元(yuán)的核心選用ti公(gōng)司的msp430fe425，其運(yùn)算(suàn)速度高、超低(dī)功耗(hào)的同時，内(nèi)部集(jí)成了(le)ad轉換(huàn)器和(hé)flash存儲器，因(yīn)此可以(yǐ)有(yǒu)效地減少系統的配(pèi)置，大大簡(jiǎn)化(huà)了(le)系統的硬(yìng)件組(zǔ)成，提(tí)高系(xì)統的(de)運行的可靠性(xìng)。微處理器(qì)單元接收傳感(gǎn)器(qì)單(dān)元的檢測信号(hào)，經濾波、溫度補(bǔ)償後将現場實(shí)際(jì)流(liú)量值送至(zhì)顯示(shì)單元顯示，同時經(jīng)總線通(tōng)信單(dān)元、hart總(zǒng)線送至上(shàng)位機。
　　總線(xiàn)通(tōng)信單元是hart協(xié)議物(wù)理層的硬(yìng)件實現。一方面(miàn)微處理器單元(yuán)送出的數字信(xìn)号經(jīng)調制解調(diào)器ht2012調制成(chéng)fsk頻移鍵控(kòng)信号，疊加(jiā)在環路上發送(sòng)到hart總線。另一方(fāng)面(miàn)總(zǒng).線(xiàn)通(tōng)信單(dān)元将從hart總線接(jiē)收到的信(xìn)号解(jiě)調，然(rán)後(hòu)将數字(zì)信号送給(gěi)微處(chù)理(lǐ)器單元(yuán)。從而(ér)實現了智(zhì)能(néng)金屬管浮子流量(liàng)計和上位(wèi)機之(zhī)間的(de)雙向通信。
3流量(liàng)計的軟件(jiàn)設計
　　智能(néng)金(jīn)屬(shǔ)管浮子(zǐ)流(liú)量計(jì)的軟(ruǎn)件設計采(cǎi)用模(mó)塊化(huà)編程結構，主要包括(kuò)三個部分:輸入(rù)模塊、控制(zhì)模塊(kuài)、輸出模塊。所有(yǒu)程序代碼(mǎ)均采(cǎi)用c語言編(biān)寫。
　　輸(shū)入模(mó)塊(kuài)主要包括數據采(cǎi)集、濾(lǜ)波、溫(wēn)度補償、非線性補償(cháng)和數(shù)值計算等(děng)，總體(tǐ)采用定時器中斷方式(shì)，程(chéng)序流(liú)程圖(tú)如圖2所示(shì)。輸入模塊中的(de)非(fēi)線性補償程(chéng)序采用(yòng)分段線(xiàn)性拟合的(de)方式來實(shí)現。通過采(cǎi)集9組或11組流量信(xìn)号，作爲拟合(hé)直線的端點，當前采樣值按數(shù)據大小得到拟合曲(qǔ)線段(duàn)的斜(xié)率(lǜ)和初始(shǐ)數據(jù)，代入(rù)拟合方程(chéng)即可得到修正(zhèng)後的流量數據(jù)。
 
　　控制(zhì)模塊包括(kuò)鍵(jiàn)盤處(chù)理程序(xù)和看門狗程序，鍵盤處理功能是通過中(zhōng)斷方(fāng)式設置(zhì)标志位(wèi)在置入(rù)參(cān)數子(zǐ)程序(xù)中實現的。智能金屬(shǔ)管浮(fú)子流(liú)量(liàng)計(jì)在通(tōng)過總線組(zǔ)網，實現.上位機組态(tài)調試(shì)的同(tóng)時，通過鍵盤，可(kě)以就(jiù)地調試。
　　輸(shū)出模(mó)塊包(bāo)括顯示程序和通(tōng)信中斷(duàn)服務程(chéng)序(xù)。通信(xìn)中斷服務程序(xù)流程圖如圖3所示。
 
4結論
　　在(zài)設計(jì)過(guò)程(chéng)中，一(yī)方面(miàn)采用了性(xìng)能(néng)佳(jiā)、低功(gōng)耗(hào)、低(dī)成本(běn)的微處理器，在(zài)金屬(shǔ)管(guǎn)浮子流量計上實(shí)現了(le)hart總線(xiàn)通(tōng)信，實現(xiàn)了上位機組态(tài)，連接(jiē)圖如圖4所(suǒ)示。另(lìng)一(yī)方面充分考(kǎo)慮智能金(jīn)屬管浮(fú)子流量(liàng)計在(zài)現(xiàn)場工作(zuò)時由于(yú)管(guǎn)道機械振動和(hé)磁場(chǎng)不(bú)穩(wěn)定的幹擾(rǎo)，微處理器獲(huò)得(dé)的信号有(yǒu)噪音，采用(yòng)數(shù)字信号(hào)處理方(fāng)法結合(hé)現代濾波技術(shù)，采用(yòng)kalman濾波方法(fǎ)，提高了流(liú)量計(jì)的精度。同(tóng)時由(yóu)于采取了溫度(dù)補償措施，提高(gāo)了流量計的抗(kàng)溫度(dù)幹擾(rǎo)能力。
 
　　經過(guò)現場測試(shì)，該流量(liàng)計的瞬(shùn)時流量基本誤(wù)差爲0.8675%，回差爲0.725%;累計精度不(bú)超過(guò)1.5%，溫度影(yǐng)響0.0019%/℃。

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