常壓熱水鍋爐熱水流量（liàng）計的（de）硬件與程序設計
點擊次數：2188 發布時間：2021-09-01 09:46:20
摘要：常壓熱水鍋爐熱水流量計廣泛應用於流量測量領域，本文針對常壓熱水鍋爐熱水流量計的特點設計了一種基於DSP智能常壓（yā）熱水鍋爐熱（rè）水流量計，它能夠實時采集脈衝信號，並顯示在液晶顯示屏上，同時還（hái）能通過RS485通信將數據遠傳至（zhì）上位機（jī）。智能常壓熱水鍋爐熱水流量計內置（zhì）儀表係數修正算法，能夠（gòu）消（xiāo）除流變化導致儀表係數變化而產生的誤差。
常壓熱水鍋爐熱水流（liú）量計廣泛用於流（liú）量測量領域，具有安裝簡便、精度較高、能（néng）夠直接進行脈衝輸（shū）出等特點，目前廣泛應用於工業及民用的流量計量（liàng）等裝置中。由於（yú）常壓熱水（shuǐ）鍋爐熱水流（liú）量計能夠直接輸出脈衝，且常壓熱水鍋爐熱水流量計的儀表係數會隨流速（sù）的變化而變（biàn）化（huà），易於使智能儀（yí）表對其脈衝流量信號進行現場處理，如果智能儀表不能實時對儀表係（xì）數進行修正，則需要對常壓熱水（shuǐ）鍋（guō）爐熱水流量計進行標定，否則將產生較大測量誤（wù）差。
1常壓熱水鍋爐熱水流量計功能（néng）概況
常壓熱水鍋爐（lú）熱水流量計屬於速度式流量（liàng）測量計，其工作原理是在流（liú）體管道內安裝渦輪，利用流體流動時產（chǎn）生的推力使（shǐ）渦輪葉片轉動，渦輪（lún）的轉速和流體的流（liú）速將成（chéng）正比例關係，同時，安裝（zhuāng）在計（jì）量儀表殼體的電磁感應接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁場變化而產生（shēng）的脈（mò）衝，智能儀表收集到脈衝（chōng）之後進行濾波放大，即（jí）可通過簡單的比例關係計算出管道的實時流量。常壓熱水（shuǐ）鍋爐熱水流量（liàng）計其內部機械機（jī）構見圖1。
智能儀表以DSP為處理器（qì），它采集到渦（wō）輪（lún）流（liú）量傳感器傳送的脈衝信號後通過濾波放大後在處理器內進行（háng）運算，並將運算結果顯（xiǎn）示在液晶屏上，同時還能夠通過RS485通信向上位機遠傳流量信息。圖2為渦輪流量智能儀表的內部功能模塊結構（gòu）圖（tú）。
2智能常壓（yā）熱水鍋爐熱水流量（liàng）計的硬件設計
2.1渦（wō）輪脈衝（chōng）輸入調理電路
由於渦輪流量（liàng）傳感器產生的電脈衝信號有一定的噪聲信號，並且電壓隻有幾十毫伏，所（suǒ）以在將信號輸入到DSP處理器之前進行（háng）濾波、整形和放大。*82頁圖3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液（yè）晶（jīng）顯（xiǎn）示
液（yè）晶（jīng）選擇12864點陣式液晶（jīng），它（tā）能夠動（dòng）態顯示各種圖形（xíng）、漢字以及各種符號（hào）信（xìn）息，為各種電子產品提供了友好的（de）人機界麵（miàn），點陣式圖形液晶顯示屏具有工作電壓低、功耗低、可視麵積大、體積小、無電磁幹擾、數字接口、使用壽命長等特點。圖4為液晶顯示電路原（yuán）理（lǐ）圖。
2.3RS485通信
RS485接口組成（chéng）半雙工網絡，選擇兩線製與（yǔ）上位機電腦相（xiàng）連，采（cǎi）用屏蔽雙絞線傳輸。通信（xìn）係統（tǒng）整體為總線式結構，這樣1台上位（wèi）機*多可以和現場32台（tái）智（zhì）能儀表（biǎo）相連。采用MAX485芯片完成（chéng）電壓轉換，圖5為RS485通信電路原理圖（tú）。
2.4DSP微處（chù）理器
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力，具備32位浮點處理單元（yuán），6個直接內（nèi）存存取（qǔ）通道，支持EMIF，McBSP和ADC，配備總計（jì）18路PWM波輸出端口，其中有6路為專用超（chāo）高精度的PWM輸出，12位16通道模擬數字轉換單元。由（yóu）於TMS320F28335具備浮點運（yùn）算單元，用戶（hù）可快速編寫控製算法而無需在處理（lǐ）小（xiǎo）數（shù）操作上耗費過多時間（jiān）和精力，與其他DSP相比，整體性能提高了一（yī）倍，並與定點C28x控製器軟件兼容，從而簡（jiǎn）化了軟件開發，縮短了開（kāi）發周期，降低了開（kāi）發成本。
3智能常壓熱水鍋爐（lú）熱水流（liú）量計的程（chéng）序設計
3.1微處理器功能（néng）程序設計
上電後程序對DSP的硬件資源進行初始化，包括中斷係統、GPIO口、定時器/計數器、通信端口（kǒu）及基本的時鍾（zhōng）設（shè）置。程序（xù）每秒對接收（shōu）到的脈衝進（jìn）行計數，其除以（yǐ）儀表係數後（hòu）的結果作為（wéi）瞬時流量，同時在時（shí）間上對瞬時流量進行累積（jī），計算出兩種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數（shù）據保存，**等待上位機電腦對數據（jù）的讀取。通信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數據位，1位停止位。圖6為微處理器功（gōng）能設計流程（chéng）圖。
3.2流速（sù）修正算法
常壓熱水鍋爐熱水流（liú）量計（jì）中流速對儀表係數有著很大的影響，這部分誤差會*大影響*終計（jì）量的精確度，傳統的做法是當流（liú）速發生（shēng）較大（dà）的持續變化時，需對常壓熱（rè）水鍋爐熱水流量計進行重新標定。針對這個問題，在不同流速下，測量了常壓熱水鍋（guō）爐熱水流量（liàng）計的儀表（biǎo）係數（見表1）。
繼（jì）續增大流量，儀表係數基本保持不變，故對0.4～1L/s內的數據進行參數擬合（hé），得到擬合（hé）函數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量（liàng），因變量為儀表係（xì）數。當流量介於0.4～1L/s時，采用式（1）進行計算；當流量超過1.1L/s時，保持儀表係（xì）數恒為69.9。
4結論（lùn）
筆者設計一種基於DSP的智能常（cháng）壓熱水鍋爐熱水流量計，它能夠將渦輪流量傳感器的脈衝信號（hào）經過（guò）調理電路輸入到（dào）微處理器中，並在現場實時顯示經過係統修正的瞬時流量和累積流量，同時還可以將數據遠傳（chuán）至上位機。此智能常壓熱水鍋爐熱水流量（liàng）計功能強大，測量精度高，有廣闊的（de）應用前景。
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常壓熱水鍋爐熱水流（liú）量計廣泛用於流（liú）量測量領域，具有安裝簡便、精度較高、能（néng）夠直接進行脈衝輸（shū）出等特點，目前廣泛應用於工業及民用的流量計量（liàng）等裝置中。由於（yú）常壓熱水（shuǐ）鍋爐熱水流（liú）量計能夠直接輸出脈衝，且常壓熱水鍋爐熱水流量計的儀表係數會隨流速（sù）的變化而變（biàn）化（huà），易於使智能儀（yí）表對其脈衝流量信號進行現場處理，如果智能儀表不能實時對儀表係（xì）數進行修正，則需要對常壓熱水（shuǐ）鍋（guō）爐熱水流量計進行標定，否則將產生較大測量誤（wù）差。
1常壓熱水鍋爐熱水流量計功能（néng）概況
常壓熱水鍋爐（lú）熱水流量計屬於速度式流量（liàng）測量計，其工作原理是在流（liú）體管道內安裝渦輪，利用流體流動時產（chǎn）生的推力使（shǐ）渦輪葉片轉動，渦輪（lún）的轉速和流體的流（liú）速將成（chéng）正比例關係，同時，安裝（zhuāng）在計（jì）量儀表殼體的電磁感應接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁場變化而產生（shēng）的脈（mò）衝，智能儀表收集到脈衝（chōng）之後進行濾波放大，即（jí）可通過簡單的比例關係計算出管道的實時流量。常壓熱水（shuǐ）鍋爐熱水流量（liàng）計其內部機械機（jī）構見圖1。
智能儀表以DSP為處理器（qì），它采集到渦（wō）輪（lún）流（liú）量傳感器傳送的脈衝信號後通過濾波放大後在處理器內進行（háng）運算，並將運算結果顯（xiǎn）示在液晶屏上，同時還能夠通過RS485通信向上位機遠傳流量信息。圖2為渦輪流量智能儀表的內部功能模塊結構（gòu）圖（tú）。
2智能常壓（yā）熱水鍋爐熱水流量（liàng）計的硬件設計
2.1渦（wō）輪脈衝（chōng）輸入調理電路
由於渦輪流量（liàng）傳感器產生的電脈衝信號有一定的噪聲信號，並且電壓隻有幾十毫伏，所（suǒ）以在將信號輸入到DSP處理器之前進行（háng）濾波、整形和放大。*82頁圖3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液（yè）晶（jīng）顯（xiǎn）示
液（yè）晶（jīng）選擇12864點陣式液晶（jīng），它（tā）能夠動（dòng）態顯示各種圖形（xíng）、漢字以及各種符號（hào）信（xìn）息，為各種電子產品提供了友好的（de）人機界麵（miàn），點陣式圖形液晶顯示屏具有工作電壓低、功耗低、可視麵積大、體積小、無電磁幹擾、數字接口、使用壽命長等特點。圖4為液晶顯示電路原（yuán）理（lǐ）圖。
2.3RS485通信
RS485接口組成（chéng）半雙工網絡，選擇兩線製與（yǔ）上位機電腦相（xiàng）連，采（cǎi）用屏蔽雙絞線傳輸。通信（xìn）係統（tǒng）整體為總線式結構，這樣1台上位（wèi）機*多可以和現場32台（tái）智（zhì）能儀表（biǎo）相連。采用MAX485芯片完成（chéng）電壓轉換，圖5為RS485通信電路原理圖（tú）。
2.4DSP微處（chù）理器
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力，具備32位浮點處理單元（yuán），6個直接內（nèi）存存取（qǔ）通道，支持EMIF，McBSP和ADC，配備總計（jì）18路PWM波輸出端口，其中有6路為專用超（chāo）高精度的PWM輸出，12位16通道模擬數字轉換單元。由（yóu）於TMS320F28335具備浮點運（yùn）算單元，用戶（hù）可快速編寫控製算法而無需在處理（lǐ）小（xiǎo）數（shù）操作上耗費過多時間（jiān）和精力，與其他DSP相比，整體性能提高了一（yī）倍，並與定點C28x控製器軟件兼容，從而簡（jiǎn）化了軟件開發，縮短了開（kāi）發周期，降低了開（kāi）發成本。
3智能常壓熱水鍋爐（lú）熱水流（liú）量計的程（chéng）序設計
3.1微處理器功能（néng）程序設計
上電後程序對DSP的硬件資源進行初始化，包括中斷係統、GPIO口、定時器/計數器、通信端口（kǒu）及基本的時鍾（zhōng）設（shè）置。程序（xù）每秒對接收（shōu）到的脈衝進（jìn）行計數，其除以（yǐ）儀表係數後（hòu）的結果作為（wéi）瞬時流量，同時在時（shí）間上對瞬時流量進行累積（jī），計算出兩種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數（shù）據保存，**等待上位機電腦對數據（jù）的讀取。通信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數據位，1位停止位。圖6為微處理器功（gōng）能設計流程（chéng）圖。
3.2流速（sù）修正算法
常壓熱水鍋爐熱水流（liú）量計（jì）中流速對儀表係數有著很大的影響，這部分誤差會*大影響*終計（jì）量的精確度，傳統的做法是當流（liú）速發生（shēng）較大（dà）的持續變化時，需對常壓熱（rè）水鍋爐熱水流量計進行重新標定。針對這個問題，在不同流速下，測量了常壓熱水鍋（guō）爐熱水流量（liàng）計的儀表（biǎo）係數（見表1）。
繼（jì）續增大流量，儀表係數基本保持不變，故對0.4～1L/s內的數據進行參數擬合（hé），得到擬合（hé）函數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量（liàng），因變量為儀表係（xì）數。當流量介於0.4～1L/s時，采用式（1）進行計算；當流量超過1.1L/s時，保持儀表係（xì）數恒為69.9。
4結論（lùn）
筆者設計一種基於DSP的智能常（cháng）壓熱水鍋爐熱水流量計，它能夠將渦輪流量傳感器的脈衝信號（hào）經過（guò）調理電路輸入到（dào）微處理器中，並在現場實時顯示經過係統修正的瞬時流量和累積流量，同時還可以將數據遠傳（chuán）至上位機。此智能常壓熱水鍋爐熱水流量（liàng）計功能強大，測量精度高，有廣闊的（de）應用前景。
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