一种低功耗智能孔板流量积算仪的设计

    孔板流量计是一种基于伯努利原理的差压式流量计，它是通过测量孔板两侧的差压而达到测量流量的日的。在天然气的生产中通常采用孔板流量计作为测量用流量计。一般的孔板流量计是由标准节流装置(孔板)、导压管、差压计(差压传感器)和二次仪表(流量积算仪)所组成。木文所要讨论的就是一种适用于天然气计量、包含各种传感器的低功耗智能孔板流量积算仪的设计。

    1系统设计及构成简述

    1.1系统的组成及原理

    整个仪表的系统构成可以由图1所示。

      系统控制器选用美国TI公司生产的低功耗单片机MSP430F149 0由传感器检测到的孔板上游侧气流绝对静压.w流流经孔板产生的差压和气流温度值经模拟开关选择放人后，由单片扫L自带的12位A/D转换器进行转换。转换结果由CPU按一定的数学模型m进行实时运算和补偿，得到瞬时流量值和气体总量。计算结果进行保存，并通过液晶屏显示，也可通过外囚电路按其他方式输出。木积算仪还可通过485接II与上位机z间进行通讯，作为一个较人范囚内的流量计量管理系统的一个节点。

    系统设计成两种供电方式，即内部3.6V的铿电池和外部24V电源。在正常计量时采用内部电池供电;当用户需要输出标准信弓时，采用24V的外电源供电。

    1.2硬件设计

    硬件的设计包括如卜几个方面:

    1)单片机及其外囚电路设计。M SP430F149单片机是64脚QFP封装的超低功耗的微控制器，具有五种小同的省电模式;16位RISC指令结构，丰富的寻址方式和强人的运算处理能力;集成了较多的片上外ICI资源，比如」2位的A/D,精密模拟比较器，硬件乘法器,2组频率可达8MHz的时钟模块，2个带有人量捕获/比较寄存器的16位定时器,2个可实现异步、同步及多址访问的串行通讯接口，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口;该型单片机还有2KB的RAM;具有60KB+256字节的FLASH存储器，可利用J丁AG接口或片内BOOT ROM下载、调试程序[2]。外围电路主要是时钟晶振的选择。在本设计中，选用2个外接的低频晶振C 32.768KHz)和局频晶振(SMHz)，会同内部集成的DCO振荡器，由软件选择作为3种时钟信写ACLK.MCLK.SMCLK的时钟源。

    2)人机交互设计。包括按键输入和液晶显示电路。利用一键多用、双键复用技术，依靠4个按键，结合LCD显示，可以完成参数设置、实时测量、在线标定等功能。表头采用多段式液晶显示，选用动态的4时分割液晶驱动器驱动显示。

    3)输入输出电路。输入电路包括温度、压力和差压信写的采样、放人和A/D电路。各个传感器信写通过模拟开关，由CPU控制在小同的时刻进行采样。采样得到的信写经运放放人后，输入到单片机自带的A/D转换器。输出电路包括脉冲放人电路和初准模拟信写输出电路。前者用于输出对应于小同瞬时流量的频率信写或脉冲数，后者通过D/A将流量值转换成电压信写，再由V/I转换电路变换为4~20mA的标准模拟信写。