本文介紹(shao)了智能金屬(shu)管浮子流量(liang)計 的設計思(si)路，以及系統(tong)硬件及軟件(jian)設計。該流量(liang)計由于📱采🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用(yòng)了性能微處(chù)理器，一方面(mian)将HART協議移植(zhi)到金屬管浮(fú)子流量計上(shang)實現總線通(tōng)信，另一方面(mian)采用Kalman濾波方(fang)法，提高了流(liu)👈量計的精度(du)。同👣時在産品(pǐn)的設計.上采(cai)用模塊化設(shè)計降低了系(xi)統的運行故(gu)障。經現場測(cè)試💋，流量計在(zai)組态、精度等(deng)方面都達到(dào)了♻️設計要求(qiú)。
1引言
　　早期的(de)流量計都是(shì)模拟式儀表(biǎo)，信息傳輸采(cǎi)用的是4~20mA或📐1~5V的(de)模拟🤩信号，進(jin)行儀表參數(shù)的設定都需(xū)要到現場，通(tong)過按鍵🚶‍♀️來完(wan)成。随着控制(zhi)技術，特别是(shì)網絡技術的(de)迅速發展，智(zhì)能儀表正逐(zhu)步取代傳統(tong)的模拟儀表(biǎo)，其标志主要(yao)體現在高可(ke)靠性、精度佳(jiā)和總⛹🏻‍♀️線通信(xìn)。在流量測量(liàng)方面， 智能的(de)差壓流量計(jì) 、 電磁流量計(jì) 都得到廣泛(fan)應用。而 金屬(shu)管浮子流量(liàng)計 雖然在石(shí)油、化工、醫藥(yao)等領域有着(zhe)廣泛的應用(yong)，但由💘于大多(duō)工🔞作環境惡(è)劣，金屬管浮(fu)子流量計的(de)智能化改造(zào)🚶‍♀️有着一定的(de)技術困難，加(jiā)之金屬管浮(fu)子流量計本(ben)身是低成本(ben)的儀表，如果(guo)改造成本過(guò)高，将會使其(qí)🏃🏻‍♂️喪失本身的(de)成本優勢。
　　智(zhì)能金屬管浮(fú)子流量計，通(tōng)過選用性能(neng)佳、低功耗、低(dī)成本🐕的微處(chù)理器，一方面(mian)将HART協議移植(zhi)到金屬管浮(fú)子流量計上(shàng)實現總線通(tong)信，另一方面(mian)采用Kalman濾波方(fāng)法，提㊙️高了流(liu)量計的👣精度(du)。
2流量計的硬(yìng)件設計
　　智能(néng)金屬管浮子(zi)流量計的硬(yìng)件采用模塊(kuai)化設計，共分(fèn)爲傳感器單(dān)元、微處理器(qi)單元、顯示單(dan)元、總線通信(xìn)單元和供🆚電(dian)單元等五個(ge)模塊。硬件框(kuàng)圖如圖1所示(shì)。
 
　　現(xiàn)場信号的檢(jian)測，由傳感器(qì)單元來完成(chéng)，将磁鋼嵌在(zài)流㊙️量計的㊙️浮(fu)子内部，霍爾(er)元件固定在(zai)流量計外管(guǎn)壁❗，當流量改(gǎi)變時🌏，浮子位(wèi)置改變，磁鋼(gāng)的磁場随之(zhī)改變，霍爾元(yuán)件輸出的電(diàn)壓經放大調(diao)理後送入微(wei)處理器單元(yuán)。
　　微處理器單(dān)元的核心選(xuan)用TI公司的MSP430FE425，其(qi)運算速度高(gao)、超💔低功耗⭕的(de)同時，内部集(jí)成了AD轉換器(qì)和FLASH存儲器，因(yīn)此可以有效(xiào)地減少系統(tǒng)的配置，大大(da)簡化了系統(tong)的硬件組成(cheng)，提高系統❓的(de)運行的可靠(kào)👌性。微處理器(qì)單元接收傳(chuán)感器單元的(de)檢測信号，經(jīng)濾波、溫度補(bu)償後将現場(chǎng)實際流量值(zhi)送至顯示單(dān)元顯示，同時(shí)經總線通信(xìn)單元、HART總線送(sòng)至上位機。
　　總(zong)線通信單元(yuan)是HART協議物理(lǐ)層的硬件實(shí)現。一方面微(wēi)🍓處理器單元(yuan)送出的數字(zì)信号經調制(zhì)解調器HT2012調制(zhi)成FSK頻移鍵控(kong)信号，疊加在(zài)環路上發送(sòng)到HART總線。另一(yī)方面總.線通(tong)🌈信單元将從(cóng)HART總線接收到(dào)的信号解調(diào)，然後将♻️數字(zì)信号送給微(wēi)處理器單元(yuan)。從而實現了(le)智能金屬管(guǎn)浮子流量🚶計(ji)和上位機之(zhī)間的雙向🔴通(tong)信。
3流量計的(de)軟件設計
　　智(zhi)能金屬管浮(fu)子流量計的(de)軟件設計采(cai)用模塊化🈲編(bian)程結構，主要(yao)包括三個部(bù)分:輸入模塊(kuài)、控制模塊、輸(shu)出模塊。所有(yǒu)程序代碼🧑🏾‍🤝‍🧑🏼均(jun1)采用C語言編(biān)寫。
　　輸入模塊(kuài)主要包括數(shù)據采集、濾波(bō)、溫度補償、非(fēi)線性補🌈償和(hé)㊙️數🐉值計算等(děng)，總體采用定(ding)時器中斷方(fāng)式♊，程序🔴流程(cheng)圖如圖2所示(shi)。輸入模塊中(zhong)的非線性補(bu)償程序采用(yòng)分段線性拟(ni)✔️合的方式來(lai)實✌️現。通過采(cai)集⛷️9組或11組流(liú)量信号，作爲(wèi)拟合直線的(de)端點，當前采(cai)樣👌值按數據(jù)大小得到拟(ni)合曲線段的(de)斜率和初始(shi)數據，代入拟(nǐ)合方程即可(kě)得到修正後(hòu)的流量數據(ju)。
 
　　控制模塊包(bāo)括鍵盤處理(li)程序和看門(men)狗程序，鍵盤(pan)處理功能是(shì)通過中斷方(fang)式設置标志(zhi)位在置入參(can)數子程序中(zhōng)實現的✨。智能(neng)金屬管浮子(zǐ)流量計在通(tōng)過總線✨組網(wǎng)，實現.上位😍機(ji)組态調試的(de)同時，通過鍵(jian)盤，可以就地(dì)調試。
　　輸出模(mó)塊包括顯示(shì)程序和通信(xin)中斷服務程(chéng)序。通信中斷(duan)服務程序流(liu)程圖如圖3所(suo)示。
 
4結論
　　在設(she)計過程中，一(yī)方面采用了(le)性能佳、低功(gong)耗、低成本的(de)微處理器，在(zài)金屬管浮子(zi)流量計上實(shi)現了HART總線通(tong)信，實現了📱上(shàng)位機組态，連(lian)接圖如圖4所(suo)示。另一方面(miàn)充分考慮智(zhi)能金屬管浮(fu)✔️子流量🌏計在(zai)現場工作時(shí)由于管道機(jī)械振動和磁(cí)場不穩定的(de)幹擾，微處理(li)器獲得的信(xìn)号有噪音，采(cai)用數字🈲信号(hao)處理方法結(jie)合現代👌濾波(bo)技術，采用Kalman濾(lǜ)波方法，提高(gao)了流量計的(de)精度♋。同時由(yóu)于采取了溫(wēn)度補償措施(shī)，提高了🌈流量(liang)計的抗溫度(dù)幹擾能力。
 
　　經(jīng)過現場測試(shì)，該流量計的(de)瞬時流量基(ji)本誤差爲0.8675%，回(huí)差爲0.725%;累計精(jīng)度不超過1.5%，溫(wen)度影響0.0019%/℃。

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