基于MSP430F149的电磁流量计设计

　　0　引　　言

　　电磁流量计( electromagnetic flowmeter,EMF)是20世纪中叶随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律,用来测量导电液体体积流量的仪表[1]。20世纪80年代以来,微电子技术和计算机技术的迅猛发展,使电磁流量计制造技术更加成熟和完善,其应用领域更加扩大。当代的电磁流量计采用单片机技术,用数字信号处理等措施使电磁流量计的测量精度和性能不断提高,并可充分利用计算机具有信息存贮,分时处理,运算和控制能力的优势。因此,比较容易实现了双向测量,空管检测,多量程自动切换,人机对话,与上位机通信,自诊断等附加功能。由于其独特的优点,目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质;各种浆液流量测量,形成了独特的应用领域[2]。

　　1　电磁流量计测量原理

　　电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即:导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中产生感应电动势,其感应电动势E的计算公式为:

　　E=KBVD

　　式中:K为仪表常数;B为磁感应强度;V为测

　　量管截面内的平均流速;D为测量管的内径。

　　测量流量时,流体流过垂直于流动方向的磁场,导电性液体的流动会感应出一个与平均流速(即体积流量)成正比的电压,此电压通过两个与液体直接接触的电极检出,传至放大器,然后转换成统一的输出信号。测量原理如图1所示。

　　这种测量方式具有以下特点:

　　(1)测量管内无阻流体,因此无压力损失。

　　(2)由于信号在整个充满磁场的空间中形成,它是管道截面上的平均值,因此所需直管段相对较短,前端长度为DN×5(DN为流量计通径)。

　　(3)只有管道衬里和电极与被测液体接触,因此,只要合理选择电极和衬里材料,即可达到耐腐蚀、耐磨损的要求。

　　(4)测量所得信号是一个与平均流速成线性关系的电动势,它与液体的压力、温度、密度、粘度、电导率(不小于最低电导率)等物理参数无关,所以测量精度高,工作可靠。

2　电磁流量计硬件设计

　　2.1　总体设计原理

　　本设计中,考虑到单片机的价格、硬件资源、开发工具和功耗问题,选择了美国德州仪器公司的MSP430系列的MSP430F149单片机。美国德州仪器公司(TI)公司的MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机,在1996年问世,它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段,其中包括一系列器件,它们针对不同的应用而由各种不同模块组成,由五种低电压模式组成的结构被设计为可用电池工作,并可以有很长时间的应用[3]。它们具有16位RISC结构的CPU,16个寄存器和常数发生器能使微控制器达到最高的代码效率,数字控制振荡器使器件在少于 6us的时间内从低功耗模式被唤醒到活动模式。MSP430F149单片机带有两个内置的16位定时器,一个快速的12位A/D转换器[4]。