基于MSP430单片机的智能型流量积算仪

　　1　引　　言

　　至今为止,工业用流量仪表种类多达60余种,之所以这样是因为到目前还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表,每种流量仪表都有它特定的适用性,也有其局限性。选择合适的流量仪表也就变成一项技术性很强的工作,这就需要在做出最终选择之前仔细而深入地考虑并权衡许多与测量问题有关的因素。本积算仪将罗茨流量计的计量原理与单片微机结合起来,采用先进的电子线路和软件,开发了一款具有多种功能、数字显示的智能型表头。

　　该装置提高了流量计在气体流量测量中的准确度。利用零功耗磁敏传感器从根本上降低了流量计的功耗,增长了流量计的使用寿命;对理想气体的修正有效地实现了温度压力补偿,提高了流量计的精度。研制新型流量计的同时尽量降低成本,使产品更具市场竞争力。

　　2　系统硬件设计

　　控制核心单元选用的是美国TI公司生产的单片机MSP430F149,图1所示为本文系统的结构框图。系统控制器为一片MSP430F149单片机。外部模块包括压力检测、温度检测、脉冲信号检测、电源模块、键盘模块、液晶显示模块、标准电流输出、时钟芯片等。

　　TI公司生产的MSP430F149是16位RISC结构FLASH型单片机,配备12位A/D、硬件乘法器、PWM、USART等模块,多种低功耗模式设计,非常适合于低功耗产品的开发。对于具有温压补偿的流量计来说,它的准确与否直接影响流量参数的测量精度。为了得到较高得测量精度,采用了数字式温度传感器DS18B20对温度信号进行采集,然后再进入MSP430单片机的A/D转换模块转换为数字量。DS18B20数字传感器的测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。输出的是带有正负号的12位数字信号。

　　压力传感器选用MC系列压力传感器,需要有恒流源供电,本系统选用恒流源控制芯片LM334。在采集压力时,恒流源控制芯片LM334工作,给压力传感器提供大约1 mA左右的电流,这样,压力传感器就能够精确的检测到电压,进入到放大电路的输入端。MSP430F149内部带有12位的A/D转换模块,对于2. 5 V的基准,分辨率可以达到0.6 mV。

　　脉冲信号的检测采用的是韦根传感器,其工作原理是:传感器中的双稳态功能合金材料在交变外磁场的激励下,磁化方向瞬间发生翻转,而当外磁场撤离后,它瞬间恢复到原有的磁化方向。这种传感器的最大特点是:无须使用外加电源(零功耗)、无机械触点、无震动影响等,适用于微功耗仪表。传感器工作时无须使用外加电源,适用于微功耗仪表;可实现超低速(零速)检测;传感器与永磁体间的可工作距离大,可以达到15mm,输出不低于3V;30mm时,仍然可以输出100mV以上;工作温度范围宽达-80~+260℃,基本上满足流量计的工作要求。为了能够实现流量信号的远传需要将流量信号转换为4~20 mA的标准电流信号,也就是标准电流输出单元。本单元的核心部分是采用AM402芯片来实现的,单片机通过调整占空比将流量信号转换为管脚的PWM脉冲,然后再经过AM402转换为标准的4~20 mA电流信号进行远距离传输。在使用4~20 mA输出时需要使用24 V电源供电。