基于ARM电磁流量计的开发

　　随着微电子技术的发展以及集成电路制造工艺的大幅度提高，以具有高性能、低功耗等诸多优点的ARM 处理器的出现及其在仪表仪器中的实际应用，使得仪表更为人性化、网络化和智能化。

　　传统的流量检测仪表，一般依据各自的测量机理，通过简单的信息分析处理来完成测量工作。因此，在处理能力、测量精度、误差修正、功能扩展等方面，都存在着局限性。新一代流量检测仪器，将以更优良的性能取而代之。目前，高速、高精度、大容量的嵌入式处理器在控制和测量领域的应用，已经越来越普遍。

　　1 电磁流量仪表的基本原理

　　电磁流量仪表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。电磁流量仪表传感器的原理，如图 1 所示。

　　当流体在管道内流动经过一横向磁场 B 的时候，相当于有一定电导率的导体在切割磁力线，形成动生电动势和感生电流，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。

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

　　其中，

　　Coe 为仪表系数;

　　E0 为仪表零点修正;

　　x 为多段非线性修正。

　　2 系统组成结构

　　电磁流量仪表由测量装置和电路两部分组成，电路部分主要由检测输入模块、励磁输出模块、流量输出模块、图形显示模块、键盘模块、通信及调试接口、电源模块、以及最重要的基于 ARM9 嵌入式系统的核心板组成。图 2 给出了嵌入式电磁流量仪表的系统框图。

　　系统经过初始化之后，核心板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。另外由流量输出模块输出 4～20 mA 的标准的智能仪表瞬时流量信号。

　　2.1 检测输入及 A/D 转换电路

　　(1)A/D 信号的转换机理。A/D 转换器是将模拟量信号转换成数字量信号的电路。模拟量可以是电压或电流信号。对于声、光、压力、温度、湿度等随时间和状态连续变化的非电信号的物理量，可通过合适的非电信号的物理量传感器(如液位传感器、压力传感器、温度传感器、光电传感器)转换成电信号。模拟量只有转换成数字量才能被 LED 数码显示和自动化控制。或被计算机采集、分析、计算。目前，A/D 转换的种类很多，根据转换原理可以分为逐次逼近式、双积分式。常见的 A/D 转换器的有效位数有 4、6、8、10、12、14、16 位等多种。A/D 转换过程包括取样、保持、量化、编码 4 个步骤，一般前 2 个步骤在取样保持电路中 1 次性完成，后 2 个步骤在 A/D 转换电路中 1次性完成。