论文研究-基于MSP430F169的新型励磁方式的电磁流量计设计 .pdf

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基于MSP430F169的新型励磁方式的电磁流量计设计,姚春,,本文给出了采用新型三值正弦矩形波励磁方式的电磁流量计设计。使用16位的ADC采集芯片MSP430F2013提高了采样精度,构建了采用MSP430F169单�
山国武技记文在线 http://www.paper.edu.cn IRF343 P F了343P lr QIB trl B IRF 343 N 101 24 Ql U,3 IF33 trl 图3信号处理电路(1) A PWM OUT 图4信号处理电路(2) 信号处理及采集电路 电极输出的感应电动势信号(微伏至毫伏缴的交变信号)首先经过RC电路滤除部分高频 干扰信号,然后送入仪用放大器AD620进行差分放大,但是由于T扰成份较多,且有的下 扰信号幅值远大于信号本身,因此AD620的增益不宜设置得太大,10~20倍为佳。流量信 号经过AD620放大后,采用单端输出(对地电压)方式后通过电容隔直,滤去了直流分量, 仅保留信号的交流分量。随后用OP07对信号再次放大,放大倍数为100。由于测量电路器 件本身存在噪声以及其他干扰,特别是50H7的T频干扰,有必要对信号再次滤波,在此选 取了高通滤波和二阶巴特沃斯低通滤波,起到了很好的效果。最后把正负交变的信号进行电 压平移,即将信号整体提升,使之都为正值后送入采样芯片 01F 0.③1F 01F 前置放人 高通滤波及放大 a|。72E 1p宮 1·1 电位平移 低滤波 图5信号处理电路 山国耐技论文在线 http://www.paper.edu.cn 本系统为提高流量信号的AD采样精度,选用具有16位Σ-Δ型ADC的MSP430F2013微处 理器米做流量信号采集。通过其SP通信接凵将AD信息发送到单片机,在F169中做进一步的 流量数据处理,得到精确的流量信息。 MSP430F169和MSP430F203之间的SPI通信接口的连接方式示意图如下: 主机 从机 SIMO MSP430 F169 SOMI SDO MSP430F2013 SCLK 图6通信接口的连接方式示意图 单片机系统 作者采用TI公司的MsP430F169作为电憾流量汁的MCU,与显示模块和键盘模块共同构 成单片机系统。MSP430F169片内含2个16位定吋器,每个定吋器各带3个捕获/比较存储器和 PWN输出功能;6个通用8位IO口,其中端凵1和2的每个引脚均具有中断功能; FLASH存储 器多达60KB,RAM为256B:两个通用同步/异步通信接口和一个12C模块。 软件系统 电磁沇量计有四种匚作模式:标定模式、测量模式、测试模式和空管裣测模式。程序由 主程序、键盘菜单处理、三值正弦矩形波励磁信号宀生、AD釆样、SP通信和LCD显示等部 分组成。以下图7、8、9分别为系统主程序流程图、定时器中淅服务流程图、流量信号AD 采集和SP通信程序流程图。 主程序开始 定时器定时间隔到,进 断服务程序 初始亿 记录进入中断次数交量加1 通过按键和菜单 选择种工作模式 波形段标志 WaveLan Wave Fl0 WaveFTag=lI WaveFlag=2+ WaveFlag. 测量模式标定模式|「测试模式||空管检测模式 设置PWM寄 存器,输出 控制时间, 设置PW控制零佳输 进入循进入循坏k「进入箱坏进入循坏← 正液的上使PN信号存器,输出|出时间,切 正弦波的下挨线圈中的 输出直流 采集数据显示标定 调节流体 升沿 降沿电流方向 的流愿 采集数据 的流速 超过报警 否 采集数据 设置结束, 时间到,置 切断线圈中 流量和累调节流体 值 计流量‖的流速 wag1ea2|的电流置//时间到,置 WaveFlag=0 计算瞹时 WaveF lag=3 流量和累 报 LCD显示采集数据 计流量 存标定值 LCD 中断服务程序结束 图6系统主程序流程图 图7定时器中新服务流程图 4 山国武技记文在线 http://www.paper.edu.cn 在流量信号AD采集程序中使用了ADC的前置PGA模块,对输入到ADC引脚的流 量信号进行动态放大,放大的倍数根据输入的流量信号的电压的大小动态的进行调整。当 输入电压小于一定值时,增加PGA的放大倍数,而当输入电压小于一定值时,则减小PGA 的放大倍数,这样就可以使ADC不工作在量程范围的两端,而尽量工作在量程范围凶中 间区域,这样可以减小AD采集本身的误差。 进入 mainO函数 SPI中断服务程序 SPI、ADC寄存器初始 化,开中断 操作SPI寄存器,发 送宁符数组 TXStr中 存放的电压值到主 进入主循环 将AD采样值转按为实际 电压值,并存放到字符 ADC中服务程序 数组 TxStr中 读取寄存器中AD值 否 AD的前置放大器 增益需要改变? AD值是否溢出> 是 改变增益,清零标志 将AD的前置放大器 增益改变标志置 主循环结束 中断服务程序结束 图8流量信号AD采集和SPI通信程序流程图 试验结果和展望 试验所用传感器的内径为50mm,采用标准计量罐进行标定。实验数据表明电磁流量计 在一定的流速范围(大」2.2m3/h)内精度较高,测量误差基木上都在027%以内,在小流速(小 于2,2m3/h)时测量误差相对增大,但仍在0.5%范围内。而采用低频矩形波励磁方式的50mm 凵径的电磁流量计的最小流量一般规定为2.lm3h,在低于该流量值时,测量误差一般不能 满足精度要求。因此,本电磁流量计的流量测量精度符合要求。 本系统采用自行设计的三值正弦矩形励磁方式增强了电磁流量计工作过程中的抗干扰 能力,使用MSP430F2013提高了采样精度,MCU采用MSP430F169为核心处理器,简化了电 路,降低了功耗。用户通过键盘来选择工作模式,完成各项参数设冒。体统运行稳定,测量 精度较高,具有较高的推广应用价值。 参考文献 [1]李素蓉.电憾流量计的现状、发展及应用行业差异性与市场份额分配浅析[中国仪器仪表,2003.5:4 [2]蔡武昌,马中元瞿国芳,王松良电佖流量计M]北京:中国亻化出版社,204年3月 [3]A Michalski. A ncw approach to estimating thc main crror of a primary transduccrs for an clcctromagnctic flowmeter[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2001, 50(3): 764-767 「4]李飞,王保良,黄志尧.对电磁流量训中干扰问题的讨论J,仪器仪表学报,2005.26(8):727-729 [5]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,200 山国武技记文在线 http://www.paper.edu.cn Yao Ch College of Computer Information Enginccring, Hohai Univ, Changzhou, Jiang Su (213022) Electromagnetic lowmeter adopting there-value sine and rectangular waveform exciting mode is proposed in this paper. The prototype is established by using the MsP430F169 as the core controller and 16-bit ADC acquisition chip MSP430F2013 which improves the sampling precision. Besides, the software design of the system is introduced in detail Electromagnetic Flowmeter; there-value sine and rectangular waveforn exciting mode MSP430F169 作者简介:姚春(1985-),男,江苏昆山人,硕士研究生,通信与信息系统专

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