MSP430F149单片机在智能涡街流量计中的应用

　　1·涡街流量计原理

　　在流体中插入一个柱体,柱体的两侧就会交替产生有规则的漩涡列,这种漩涡列被称为卡门涡街,卡门涡街的频率与流体的流速及柱体的宽度有关,满足如下公式:

　　由公式可知,当近似为常数时,漩涡产生的频率f与流体的平均速度v成正比,测得f就可求得v和体积流量Q。利用这个原理,在柱体表面安装压电晶体,在漩涡产生的交变压力作用下,由于压电效应,压电晶体产生交变的电荷信号,经电荷—电压转换及滤波整形电路后可以得到频率与涡街频率相同的电压脉冲信号,将其转换为具有工程单位的脉冲并送入计数器可以得到瞬时流量及累计流量。

　　2·MSP430F149单片机

　　MSP430F14x系列单片机是美国TI公司新推出的超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机,在本系统中选用MSP430F149,该单片机的特点式: 1)超低功耗, 3·3V电压供电,在1MHz时钟条件下工作电流仅为400μA,能最大限度地降低系统功耗,由于涡街流量计由4~20mA电流环路供电,而HART协议要求流量计电流消耗小于3·5mA,否则将导致数字信号负半周失真,选用MSP430F14X系列单片机正是出于这个考虑; 2)处理能力强大,指令简洁,只需27条指令; 3)可外接两组晶振,其中LFXT1震荡器可直接与32768Hz的晶体相连,无需再接其他元件,XT2振荡器可接高达8MHz的晶体,大多指令都是单周期指令,因此运算速度亦十分可观,MSP另外还有一个DCO时钟源,这是一个可以实现数控的RC振荡器,无需外接任何晶体即可工作; 4)存储空间大,有16个16位片内寄存器,多达60K的FLASH程序存储器, 2k的片上RAM; 5)片上外设丰富,包含了: 12位A/D,硬件乘法器, 2组频率可达8MHz的时钟模块, 2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器,看门狗定时器, 2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口, 6组共48个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口; 6)内部集成JTAG模块,调试仿真方便。

　　3·HART总线介绍

　　HART总线并不是真正意义上的现场总线,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品,被认为是事实上的工业标准。

　　HART协议使用FSK技术,在4~20mA信号过程测量模拟信号上叠加一个频率信号,实现模拟信号和数字双向通信同时进行而互不干扰。波特率为1200bps, 1200Hz表示逻辑1,2200Hz表示逻辑0,由于正弦信号的平均值为0,因此HART通信信号不会影响4~20mA信号的均值。

　　4·系统电路构成

　　4·1　系统框图

　　系统硬件电路框图如图1所示,压电晶体产生的信号经过放大、滤波、整形后得到近似方波的脉冲,送入MSP的I/O口进行计数。