基于ARM9的网络仪表电磁流量计

　　1　电磁流量计测量原理

　　电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律来测量管内流体流量的测量装置,如图1所示。当流体在管道内流过一个横向磁场B的时候,相当于有一定电导率的导体在切割磁线,形成动生电动势,通过管道径向两电极可以引出该电动势E,其大小与磁场B、流速v和管径D成正比,即

　　流体的体积流量Q与流速v和管道内截面成正比,只要测量出两电极之间的电动势E,即可确定流量Q:

　　在励磁电流、管道尺寸和流体密度ρ确定的情况下,流体的质量流量仅取决于对两电极间的感应电势E的检测。电磁流量计的数学模型为

　　2　网络仪表电磁流量计硬件系统的设计

　　网络仪表电磁流量计硬件系统主要由检测输入模块、励磁输出模块、图形显示模块、键盘模块、电源模块、信号输出模块、通信模块、以及ARM9嵌入式系统及存储模块组成。图2为嵌入式电磁流量计的系统框图。

　　ARM嵌入式系统经过初始化之后,向励磁模块输出一数字量的励磁信号,经过D /A转换和电流放大,驱动传感器的励磁线圈产生一定强度的磁场。传感器的流速感应电极送出微弱的感应信号,经过输入模块的放大滤波处理,经过A/D转换成数字量输入ARM9处理器,进一步进行数字分析处理。通过显示模块直接显示瞬时流量、累积流量和动态流量图形。由通信模块进行网络数据交互和控制。另外,由信号输出模块输出4~20 mA的标准仪用瞬时流量信号。

　　2. 1　微控制器3SC2410及存储模块

　　系统的核心部分采用ARM9微控制器3SC2410设计。采用了3C2410芯片作为硬件平台的中央处理器,该芯片采用ARM920T微处理器作为控制器内核,其在高性能和低功耗方面表现良好,它采用5级流水线,支持协处理器、片上调试和MMU等技术。内核运行速度高达203M,并集成了LCD、USB、NANDF1ash、SD Host、MMC、触摸屏等接口控制器,对嵌入式Linux操　　作系统良好的支持等,可大大简化设计复杂度。

　　S3C2410支持包括ROM /SRAM /Flash、DRAM /SDRAM和外部I/O 3类存储空间,可支持8位/16位/32位的存储器系统。系统采用2片HY29LVI60芯片并联构建32位的ROM /Flash存储器系统。HY29LV160是2MB容量的Flash芯片,有16位数据线,可以8位或16位方式工作。系统采用2片8MB容量的SDRAM芯片K4S641632F,构建32位的DROM /SDRAM存储器系统。另外,系统还配置了1片具有512字节存储容量的EEPROM X504,通过串行方式与S3C2410进行数据传输,用以存储控制电磁流量计的实时参数。

　　2. 2　励磁输出电路

　　励磁电路的任务是向励磁线圈提供稳定的驱动电流,包括图2所示的D /A转换电路、V/I转换激励和电流放大器。电流波形为方波、三值方波和梯形波等形式,波形变化的目的是结合信号处理电路,分析在不同励磁方式下电磁流量计的精确度、零点稳定性和抗干扰能力等多项指标。该电路由S3C2410输出数字量,经过D /A转换形成模拟信号,经V/I转换激励和带有电流负反馈的电流放大器输出,适合各种励磁波形的变化。D /A转换电路采用AD7243芯片,得到-5、+5 V的双极性输出。激励放大器采用CA3240A运放,其特点是电源电压高,能获得较大的输出动态范围。电流放大利用两对复合管实现,要求管子尽可能配对。接入励磁线圈后,引人大环路的电流负反馈,稳定输出励磁电流。