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新聞詳情
上自儀對水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計主控單元的原理解析來源：上海自儀九廠作者：上海自動化儀表廠
 今天是5月10日上海自動化儀表有限公司水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計外圍電路設(shè)計，如系統(tǒng)電源模塊、角位移采集放大模塊、溫度壓力采集放大模塊、液晶顯示模塊等。這些模塊的功能實現(xiàn)都與主控有著直接或間接的聯(lián)系，因此在主控單元選型過程中，必須考慮水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計外圍模塊的功能與要求。上海上自儀公司首先介紹主控單元的選型要求，然后對主控單元內(nèi)部所需模塊研究設(shè)計。 ?水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計計主控單元選型 根據(jù)前面章節(jié)的介紹，可以確定電遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的功能：利用磁阻傳感器檢測外磁鋼的角位移，利用溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，利用 Pt1000 測量被測介質(zhì)溫度，利用 HT30 測量被測介質(zhì)壓力，由主控單元進(jìn)行 A/D 采樣、軟件算法處理、PWM波輸出、液晶顯示等，通過通訊接口實現(xiàn)下位機(jī)設(shè)置和流量計的標(biāo)定。此外，水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計系統(tǒng)還應(yīng)增加掉電保護(hù)電路以提高可靠性。所以在硬件資源方面，主控單元應(yīng)具有的模塊有 AD 采集模塊以實現(xiàn)對傳感器放大信號的采集，定時器以實現(xiàn) PWM 波的輸出，通訊模塊以實現(xiàn)上下位機(jī)的通信，F(xiàn)lash 模塊以實現(xiàn)對儀表參數(shù)累計流量等的存儲，大量的 I/O 端口以實現(xiàn)主控單元與外部模塊進(jìn)行信息交換等。 考慮到本課題有兩種設(shè)計方案—電遠(yuǎn)傳方案和低功耗方案，而低功耗方案采用的是 3.6V 的電池供電，為降低設(shè)計的復(fù)雜度，主控單元的電源電壓設(shè)計為3.3V。另外考慮到低功耗方案的功耗很低—目標(biāo)為 1m A，主控單元要具有低功耗功能。 目前市場上滿足一般設(shè)計要求的單片機(jī)很多，但是真正能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗功能的單片機(jī)很少，經(jīng)過長期的對比與研究，本課題才非常終選擇了美國 TI 公司的MSP430 系列超低功耗單片機(jī)[。 水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計該系列單片機(jī)的主要特點有： 1. 強(qiáng)大的處理能力，水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計主系統(tǒng)時鐘為 8MHz 時，指令周期僅為 125 ns； 2. 超低功耗，因其具有靈活可控系統(tǒng)運行時鐘，系統(tǒng)共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4），其中在等待模式下，耗電約 0.7μA； 3．工業(yè)級的產(chǎn)品。工業(yè)級產(chǎn)品的穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)，成本低等優(yōu)點更有利于降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，節(jié)約科研成本等。 4.2 ?水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計主控單元硬件設(shè)計的總思路 本系統(tǒng)通過多級電壓轉(zhuǎn)換模塊，將外部提供的 24V 電源轉(zhuǎn)化為各個模塊所需的供電源；以 MSP430F1611 單片機(jī)為主控單元，協(xié)調(diào)水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計各功能模塊實現(xiàn)流量信號的二次測量。圖 4-1 為以 MSP430F1611 為主控單元的硬件系統(tǒng)示意圖。 系統(tǒng)的工作流程為：外接+24V 電源為精密電流變送器供電，使其正常工作，向外輸出+5V 的直流電源；該+5V 電源一方面給恒流源供電以保證恒流源正常工作，另一方面通過水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計高精度的電壓轉(zhuǎn)換芯片將+5V 轉(zhuǎn)換為+3.3V，給單片機(jī)、液晶顯示模塊、上下位機(jī)通信模塊等供電。利用磁阻傳感器檢測外磁鋼的角位移，利用 Pt1000 測量流體溫度，利用 HT30 測量出流體壓力，將它們所輸出的弱電信號經(jīng)運算放大器放大調(diào)理后，通過單片機(jī)的 ADC 模塊采樣，進(jìn)入水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)其計算處理后，直接通過液晶模塊，顯示當(dāng)前的瞬時流量和累積流量，同時輸出一定占空比的 PWM 波，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的 4~20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號；通過 RS485 標(biāo)準(zhǔn)接口，根據(jù)擬定的通信協(xié)議實現(xiàn)對水平安裝的金屬管轉(zhuǎn)子流量計 的在線標(biāo)定，檢定和控制等功能；通過外擴(kuò)看門狗模塊和掉電保護(hù)模塊提高系統(tǒng)的的穩(wěn)定性。
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