嵌入式数字智能涡街流量计的设计开发

　　1　引　言

　　检测仪表与执行器是生产过程自动化的基础,新一代的监测仪表主要特点是数字化和智能化。他们是以微处理器为核心,可以自动调零,线性化,补偿环境因素变化,并配以LCD显示直观的表达测量结果,采用某种总线协议于局域网相连接,实现远程控制。总线式嵌入式智能传感器采用的基本结构如图1所示。

　　目前工业现场中对于流量检测使用最多的仍是涡街流量计。涡街流量计以Karman涡街理论为基础,当流体流经非线型挡体时在挡体两侧交替产生涡街信号。采用压电晶体作为检测传感器,检测此涡街信号,由此推算出流量。涡街的频率与流体流量成正比。目前指针式涡街流量计主要存在以下缺点:

　　(1)要根据不同现场的流量进行人工手动标定,费时费力;

　　(2)在小流量时,由于真实频率信号微弱极易被噪声淹没,因此量程比受到限制,实际只能达到10∶1与理论值100∶1相差甚远;

　　(3)在流场不稳定、管道振动、电磁干扰等多种不同性质干扰噪声存在的现场中,模拟电路很难辨识提取有用的所需信号,从而直接导致了实际测量精度远远低于实验室所标定精度。

　　因此提出了研制以微处理器为核心,具有自动调零,线性化,自动补偿环境因素变化功能,并配以图形显示直观的表达测量结果的嵌入式数字智能涡街流量计的要求。

　　2　系统设计

　　2.1　系统微处理器的选择

　　为了满足嵌入式系统应用的低功耗要求,CPU采用TI公司的超低功耗单片机MSP430 F149,其具有Flash存储器,在系统设计、开发调试时利用面向对象的嵌入式开发软件,显示出其无可比拟的优越性。F149的主要特点是:

　　(1)超低功耗　3.3 V电压供电,在1 MHz时钟条件下工作电流最大仅为400μA,有多种省电工作模式可供选择,能最大限度地降低电流消耗;

　　(2)强大的处理能力　具有丰富的寻址方式,只需简洁的27条指令,存储空间大,有16个16位片内寄存器,多达60 k的Flash存储器, 2 k的RAM。

　　(3)集成化程度高　片上外设丰富,包含了12位A/D、硬件乘法器、2组频率可达8 M的时钟模块、2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器、看门狗、2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口、数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口。

　　(4)适应工业级运行环境　他的运行环境温度范围为-40～+85℃。

　　2.2　显示控制模块

　　在外围设备的选择上也都充分考虑了低功耗特性的要求,采用了以KS0713为内部集成控制器的深圳显能实业公司的SG12864 5C (128×64点阵式LCD)液晶显示模块。该显示模块在悬空背光源管脚的状态下,其电流最大值仅为0.25 mA,通常典型电流值为0.17 mA,输入电压为3～3.6 V。KS0713芯片是SAMSUNG ELECTRONICS公司生产的小型大规模集成并带有驱动器的点阵型液晶模块。KS0713直接受混合信号微处理器MSP430 F149控制,接受传输的8位并行数据。