智能差压式流量计二次仪表设计

　　1　系统原理

　　差压式流量计主要由感受压差的差压电容传感器、产生将电容转化为电压的振荡信号的振荡器和解调器,对微弱电压信号进行采集后数字显示和实现通讯的二次仪表部分等环节构成。差压式流量计的结构如图1所示[2-3]。

　　图中虚线左侧部分包括传感器和实现电容到电压转化的振荡器和解调器,通常称为一次仪表(在有些场合,一次仪表还包括将微弱电信号放大的前置放大器)。虚线右侧部分主要包括模数转换、显示、存储、通信等功能模块,通常称为二次仪表。

　　2　硬件设计

　　图1中的单片机选用与标准8051相兼容的华邦单片机W77E58。它具有执行指令快、功耗低等优点;内置了32 k的EEPROM程序段和1 k的外部SRAM;以及可用于同时和HART协议芯片(HT2012)以及PC进行通信的两个串口。选用了MAXIM公司带隔离的232协议芯片MAX252提高抗干扰能力。为满足显示、存储等功能的接口控制需要,选用ALTRA公司CPLD芯片EPM7128实现端口的扩展及系统涉及的其他逻辑功能。

　　2.1　模数转换模块

　　一次仪表的输出信号为直流量,并叠加高频分量,AD7714的片内数字滤波器可以滤除高频分量,消除其对测量值的影响。另外它的输出阻抗小,因此不需作阻抗匹配。二次仪表中的模数转换器采用的是AD7714,它使用Σ-Δ(和-差)转换技术实现最高可达24位精度的优良性能。片内的具有可编程增益的前端使它可以直接从传感器接收低电平信号并输出串行数字。它适用于较低频测量应用,最低转换频率为5 Hz,此时若增益值为1,则转换精度可达到22.5位[4]。AD7714与单片机的连接示意图如图2所示。

　　AD7714的模数转换基准源使用了AD421提供的+2.5 V基准电压,从而可省去外接基准电压源电路。

　　2.2　显示控制

　　系统采用7个7段LED数码显示管实时显示瞬时流量,并设置了多个按键可以根据需要显示累计流量、温度、日期等不同参数。7个数码管采用动态显示方式,数码管的位选信号和段选信号由CPLD的扩展端口提供,作为段选信号的8位CPLD输出端口与LED数码管之间用74HC245作驱动,作为位选信号的7位CPLD输出端口与LED数码管之间用ULN2003作驱动,原理框图如图3所示。

　　2.3　存储模块

　　存储器芯片选用DALLAS公司的日历时钟芯片DS1644,这是64 kbyte的SRAM存储芯片,不需专门的烧写器便可进行读写操作。内部有专门的字节用来记录当前的年月日时分秒,在初始化后日历时钟启动,之后可在任何时间读取当前日期时间,这样可方便地在记录数据的同时记录时间。在没有外部电源的情况下,数据可保持10 a以上。