一种低功耗的旋进漩涡流量计

　　0 引 言

　　旋进漩涡流量计是一种新型流体振动流量计，无活动部件，对测量介质的适应性广，线性测量范围宽，可用于气体、液体和蒸汽的计量[ 1 - 2 ]。但工业现场的环境比较恶劣，干扰严重，并且存在断电的危险，而国内现有的大量脉冲输出型、具备远程通信、4～20mA 输出等多功能的智能流量计需要外接电源供电，另一方面，现有的电池供电型智能流量计可能做到了低功耗，但往往只具备监测显示这一单一功能，因为多功能和低功耗同时设计是一个难点。为了拓宽流量计的应用场合，使现有外电供电流量计能够在野外或普通居民家庭等环境中长时间工作，设计了一种外电与电池自动切换供电的低功耗的旋进漩涡流量计[3]。整个系统除了可外接24V 电源供电，还可以3.6V 锂电池供电。降低功耗是本设计的宗旨，设计时从硬件、软件两方面入手考虑降低功耗的方法。

　　1 硬件设计

　　在硬件设计时，需要根据流量仪表整体性能的要求选择适当型号的单片机。本设计主要考虑降低功耗，选用TI公司的MSP430F4794作为本测量系统的MCU。MSP430由于采用全静态COMOS设计，电源操作能耗很低，但非常可靠[4]。MSP430 有正常工作模式(AM)和4 种低功耗模式(LPM1、LPM2、LPM3、LPM4)，而且可以方便地在各种模式中切换。它的超低功耗模式在实际应用中，尤其是电池供电的设备中表现尤为突出。它允许用户在3 种振荡器工作方式(分别为带锁频环的内部D C O 振荡器、外部高频振荡器、外部低频振荡器LFXT1)中选择一种振荡器形式让芯片执行指令，以优化系统的功耗。通常情况下使系统进入低功耗模式3，仅让外部LFXT1 工作以提供实时时钟。当有中断发生时，唤醒带锁频环的告诉内部D C O 振荡器，让其处理发生的事件，处理完后再进入低功耗模式[ 5 ]。单片机除了具备60kFlash、2kRAM和大量I/O口外，4路ADC模块、定时器/计数器模块、同步串行口SPI/I2C/UART 模块等等。

　　该流量计硬件上主要由核心控制器件MSP430F4794、电源管理模块、脉冲测量模块、温度压力测量模块、脉冲输出模块、铁电存储模块、R S 4 8 5 通信模块、日历时钟模块、显示与键盘处理模块构成。硬件总体框图如图1 所示。

　　1.1 电源管理模块

　　采用外接2 4 V 电源和电池自动切换供电，即有外接24V电源时，电池不工作;没有外接24V电源时，电池工作，这个切换过程在硬件上是自动完成的，在软件上同时监测是否有外接电源，从而调用与外接24V 电源或电池对应的不同功能程序。此外，为输出4 ～2 0 m A 电流，需要给4 ～20mA 电流输出单独供电。