本文介紹(shao)了智能金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計 的(de)設計思路(lu)，以及系統(tǒng)硬件及軟(ruan)件設計。該(gāi)流量計🐪由(yóu)于采用了(le)性能微處(chù)理器，一方(fāng)面将HART協議(yi)移植到金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計上(shàng)實現總線(xiàn)通信，另一(yi)方面采🏃🏻用(yong)Kalman濾波方法(fǎ)，提㊙️高了流(liu)量計的精(jīng)度。同時在(zai)産品的設(shè)計.上采用(yong)模塊化設(she)計降低🥰了(le)系統的♌運(yun)行故障。經(jīng)現場測試(shì)🌂，流量計在(zai)組态、精度(du)等方面都(dou)達到了設(she)計要求。
1引(yǐn)言
　　早期的(de)流量計都(dou)是模拟式(shì)儀表，信息(xi)傳輸采用(yong)的是4~20mA或1~5V的(de)模拟信号(hào)，進行儀表(biǎo)參數的設(she)定都需要(yao)到現場，通(tong)過按鍵來(lai)完成。随着(zhe)控制技術(shù)，特别是網(wǎng)絡技術的(de)迅速發展(zhan)，智能❌儀表(biǎo)正逐步取(qu)代傳統的(de)模⛱️拟儀表(biao)，其标志主(zhu)要🏃🏻體現在(zai)高可靠性(xing)、精度佳和(he)總✉️線通信(xin)。在流量測(ce)量方面， 智(zhi)能的差壓(yā)流量計 、 電(dian)磁流量計(ji) 都得到廣(guang)泛應用。而(ér) 金屬管浮(fú)子流量計(ji) 雖然在石(shí)油、化工、醫(yi)藥等領域(yu)有着廣泛(fàn)的應用，但(dan)✊由于🈲大多(duo)工作環境(jing)惡劣，金屬(shǔ)管浮子流(liú)量計的智(zhì)能化❓改造(zào)有着一定(dìng)的技術困(kùn)難，加之金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計👨‍❤️‍👨本(běn)身是低成(chéng)本的儀表(biǎo)，如果改造(zao)成本過高(gao)，将會使其(qí)😍喪失本身(shen)的成本優(you)勢。
　　智能金(jīn)屬管浮子(zi)流量計，通(tōng)過選用性(xìng)能佳、低功(gong)耗、低成本(ben)的微處理(lǐ)器，一方面(miàn)将HART協議移(yi)植到金屬(shu)管浮子流(liu)量㊙️計上實(shí)現總線🈲通(tōng)信，另一方(fang)面采用Kalman濾(lü)波方法，提(tí)高了流量(liang)計的精度(du)。
2流量計的(de)硬件設計(jì)
　　智能金屬(shu)管浮子流(liu)量計的硬(ying)件采用模(mó)塊化設計(jì)，共分💃爲傳(chuán)🚶感器單元(yuan)、微處理器(qi)單元、顯示(shì)單元、總線(xian)通信單元(yuán)🙇🏻和供電單(dān)元等💋五個(gè)模塊。硬件(jian)框圖如圖(tú)1所示。
 
　　現場信号(hào)的檢測，由(you)傳感器單(dan)元來完成(cheng)，将磁鋼嵌(qiàn)在🏒流✔️量計(jì)的浮子内(nèi)部，霍爾元(yuan)件固定在(zai)流量計外(wài)管壁🛀，當流(liú)量改變時(shí)，浮子位置(zhi)改變，磁鋼(gang)的磁場随(sui)之改變，霍(huo)爾元件輸(shu)出的電壓(yā)經放大調(diào)理後送入(rù)微處理器(qi)單元。
　　微處(chù)理器單元(yuán)的核心選(xuǎn)用TI公司的(de)MSP430FE425，其運算速(su)度高♊、超低(di)功耗的同(tong)時，内部集(jí)成了AD轉換(huan)器和FLASH存儲(chǔ)器，因🔞此可(ke)以有‼️效地(dì)減少系統(tǒng)的配置，大(dà)大簡化了(le)系統的硬(yìng)件組成，提(ti)高系統的(de)運行的可(ke)靠性。微處(chù)理器單元(yuán)接收傳感(gan)器單元的(de)檢測信号(hào)，經濾⭐波、溫(wēn)度補償後(hou)将現場實(shi)際流量值(zhí)送至顯示(shi)單元顯示(shi)，同時經總(zǒng)線通信單(dan)元、HART總線送(sòng)至上位機(jī)。
　　總線通信(xin)單元是HART協(xie)議物理層(ceng)的硬件實(shí)現。一方面(miàn)微🐆處理器(qi)單元送出(chu)的數字信(xin)号經調制(zhi)解調器HT2012調(diào)制成FSK頻移(yí)鍵控信号(hào)，疊加在環(huán)路上發送(sòng)到HART總線。另(lìng)💰一方面總(zǒng).線通信單(dān)元✂️将從HART總(zong)♍線接收到(dào)的信号解(jiě)調，然後将(jiang)數字信号(hào)送給微處(chu)理器單元(yuán)。從而實現(xian)❓了智能金(jin)屬管浮子(zǐ)流量計和(he)上位機之(zhī)間的雙向(xiang)❌通信。
3流量(liang)計的軟件(jiàn)設計
　　智能(néng)金屬管浮(fu)子流量計(jì)的軟件設(she)計采用模(mo)塊化編程(chéng)結構💚，主要(yào)包括三個(ge)部分:輸入(ru)模塊、控制(zhi)模塊、輸出(chu)模塊。所有(yǒu)程序🧑🏽‍🤝‍🧑🏻代碼(ma)均采用C語(yu)言編寫。
　　輸(shū)入模塊主(zhu)要包括數(shu)據采集、濾(lü)波、溫度補(bu)償、非線性(xìng)補償和數(shù)值計算等(děng)，總體采用(yòng)定時器中(zhōng)斷方式✨，程(chéng)序✏️流程圖(tu)如圖2所示(shi)。輸♋入模塊(kuai)中的非線(xiàn)性補償程(cheng)序采用分(fèn)段線性拟(ni)合的方式(shì)來實現。通(tong)過采集㊙️9組(zu)或11組流量(liang)信号，作爲(wei)拟合直線(xian)的端點，當(dang)前采樣㊙️值(zhí)按數據大(dà)小得到拟(nǐ)合曲線段(duan)的斜率和(hé)初始數據(ju)，代入拟合(he)方程即可(ke)得到修正(zhèng)後的流量(liang)數據。
 
　　控制(zhi)模塊包括(kuo)鍵盤處理(lǐ)程序和看(kan)門狗程序(xu)，鍵盤👣處理(lǐ)🌈功能是通(tong)過中斷方(fang)式設置标(biāo)志位在置(zhì)入參數子(zi)程序中實(shi)現的。智能(néng)金屬管浮(fú)子流量計(ji)在通過總(zǒng)線🏃🏻‍♂️組網，實(shi)現.上位‼️機(ji)組态調試(shi)的同時，通(tōng)過鍵盤，可(ke)以就地調(diào)試。
　　輸出模(mó)塊包括顯(xiǎn)示程序和(he)通信中斷(duan)服務程序(xù)。通信中斷(duan)服務程序(xu)流程圖如(rú)圖3所示。
 
4結(jie)論
　　在設計(ji)過程中，一(yī)方面采用(yong)了性能佳(jiā)、低功耗、低(dī)成本的微(wei)處理器，在(zài)金屬管浮(fu)子流量計(ji)上實現了(le)HART總線通信(xìn)，實現了上(shàng)位機組❤️态(tai)，連接圖如(ru)圖4所示。另(lìng)一方面充(chong)🔅分考慮智(zhì)能金屬管(guǎn)浮子流量(liang)計在現場(chǎng)工作時由(yóu)于管道機(jī)械振動和(he)磁🏒場不穩(wen)定的幹擾(rao)，微處理器(qi)獲得👣的信(xìn)号有噪音(yin)，采用數字(zi)信号處理(li)方法結合(hé)現代濾♻️波(bo)技術，采用(yong)Kalman濾波方法(fa)，提高了流(liú)量計的精(jing)度。同時由(yóu)于采取了(le)溫度補㊙️償(cháng)措施，提高(gāo)了🌂流量計(ji)的抗溫度(du)幹擾能力(li)。
 
　　經過現場(chǎng)測試，該流(liu)量計的瞬(shùn)時流量基(jī)本誤差爲(wèi)0.8675%，回差爲0.725%;累(lei)計精度不(bu)超過1.5%，溫度(du)影響0.0019%/℃。

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