智能純淨水流量計的功能概況及硬件與程序設計
點（diǎn）擊次數：3023 發（fā）布時間：2021-09-08 01:52:44
摘（zhāi）要：純淨水流量計廣泛應用於流量測量（liàng）領域，本文針對純淨水流量計的特點設計了一種（zhǒng）基於DSP智能純淨水流量計，它能夠（gòu）實（shí）時采集脈衝信號，並顯示在液晶顯示（shì）屏上，同時還能通過RS485通信將（jiāng）數據遠傳（chuán）至上位機。智能純淨水流量計內（nèi）置儀表係（xì）數（shù）修正算法，能夠（gòu）消除流變化導致儀表係數變化而產生（shēng）的誤差。
純淨水流量計（jì）廣泛用於流量測量領域（yù），具有安裝（zhuāng）簡便（biàn）、精度較（jiào）高、能夠直接進行脈衝輸出等特點，目前廣泛應用於工業及民用的（de）流（liú）量計量等裝置中。由於純淨水流量計能夠直接輸出脈衝，且（qiě）純淨水流量計的儀（yí）表係數會隨流速的變化而變化，易於使智能儀表對其（qí）脈衝流量信號進（jìn）行現場處理，如果（guǒ）智能儀表不能實時對儀表（biǎo）係數進行（háng）修正，則需要對純淨水流量計（jì）進行標（biāo）定，否則將產生較大測量誤差。
1純淨水流量計功能概況
純淨水流量計屬於（yú）速度式流量測量計，其工作原理是在流體管道（dào）內安裝渦輪，利用流體流動時產生（shēng）的推（tuī）力使渦輪葉片轉動，渦輪的轉速和流體（tǐ）的流速將成正比例關係（xì），同時，安裝在計量儀表殼體（tǐ）的電（diàn）磁感應（yīng）接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁（cí）場變（biàn）化（huà）而產生的脈衝，智能儀表收集到脈衝之後進行濾（lǜ）波放大，即可通過簡單的比例關係計算出管道的實時流量。純淨水流量計其內部（bù）機械機構（gòu）見圖1。
智能儀表以DSP為處理器，它采集到渦輪流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運算，並將運算結果顯示在（zài）液晶屏上，同時還能夠通（tōng）過RS485通信向上位機遠傳（chuán）流量信息。圖2為渦輪流量（liàng）智能儀表的內部功能模（mó）塊結（jié）構圖。
2智能純淨水流量（liàng）計的硬件設計
2.1渦輪脈衝輸（shū）入（rù）調理電路
由於（yú）渦輪（lún）流量（liàng）傳（chuán）感器產生（shēng）的電脈衝信號有一定的噪聲信號，並（bìng）且電壓隻有幾十毫伏，所以在將（jiāng）信號（hào）輸入到DSP處理（lǐ）器之前進行濾波、整形和放大。*82頁圖3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液（yè）晶顯（xiǎn）示
液（yè）晶選擇12864點陣式液晶（jīng），它能夠動態顯（xiǎn）示各種圖形、漢字以及各種符號信息，為各種電子產品提供了友好的（de）人機界麵（miàn），點陣式圖（tú）形液晶顯示屏具有工作（zuò）電壓低、功耗（hào）低、可視麵積大（dà）、體積小、無（wú）電磁幹擾（rǎo）、數字接口、使（shǐ）用壽命長等特點。圖4為液晶顯示電路原（yuán）理圖。
2.3RS485通信
RS485接（jiē）口組成半雙（shuāng）工（gōng）網絡（luò），選擇兩線製與上位機（jī）電腦相連，采（cǎi）用屏蔽（bì）雙絞線傳輸。通信係統整體為總線式結構，這（zhè）樣1台上位機*多可（kě）以和現（xiàn）場32台智能儀表相連。采用MAX485芯片完成（chéng）電壓轉換，圖5為RS485通信（xìn）電路原理圖。
2.4DSP微處理器
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力（lì），具備32位浮點處理單元，6個直接內存存取通道，支持EMIF，McBSP和ADC，配（pèi）備總計18路PWM波輸出端口，其中有6路為專用超高精度的（de）PWM輸（shū）出，12位16通道模擬數字轉換單元。由於（yú）TMS320F28335具備浮點運算單元，用戶（hù）可快（kuài）速編（biān）寫（xiě）控製算法而無需在處理小數操作上（shàng）耗費過多時間和精力，與其他DSP相比，整體（tǐ）性能提高了一倍，並與定點C28x控製器軟件兼（jiān）容，從而簡（jiǎn）化了軟件開發，縮短了開（kāi）發周期，降（jiàng）低了開發成本。
3智能純淨水（shuǐ）流量計的程序設計
3.1微處理器功（gōng）能程序設計
上（shàng）電後程序對DSP的硬件資源進行初始化，包括中斷（duàn）係統、GPIO口、定時器/計數（shù）器、通信（xìn）端口及基本的時鍾設置（zhì）。程序每秒對接收到的脈衝進行計數，其（qí）除以儀表係數後的結果（guǒ）作為瞬（shùn）時流（liú）量，同時在（zài）時（shí）間（jiān）上對瞬時流量進行累積，計算出兩種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數據保存，**等待上位機電腦（nǎo）對數據的讀（dú）取。通（tōng）信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數（shù）據位，1位停止位（wèi）。圖6為微處理器功能設（shè）計流程圖。
3.2流速修正（zhèng）算法
純淨水流量計中流速對儀表係數有著很大的影響，這部分誤差會*大影響*終計量的精（jīng）確度，傳統的做法是當（dāng）流速發（fā）生較大的持續變化時，需對純淨水流量計進（jìn）行重新標定。針對這個問題，在不（bú）同（tóng）流速下，測量了純淨水流量計的儀表係數（見表1）。
繼續增大流量，儀表係數基本（běn）保持不（bú）變，故對0.4～1L/s內的數據進行參數擬合，得到擬合函（hán）數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量，因變量為（wéi）儀表係數。當流量介於0.4～1L/s時，采（cǎi）用式（1）進（jìn）行計算；當流量超過1.1L/s時，保（bǎo）持儀表係（xì）數恒為69.9。
4結論
筆者設計一種基於DSP的智能純淨水流量計，它能夠將渦（wō）輪流量傳感（gǎn）器的脈衝信號經過調理電（diàn）路輸（shū）入到微處理器中，並在現場實時顯示經（jīng）過係統（tǒng）修正的瞬時流量（liàng）和累積（jī）流量，同時還可以將數據遠傳至（zhì）上位機。此智能純淨水流（liú）量計功能強大，測量精（jīng）度高，有廣闊的應用（yòng）前景（jǐng）。
純淨水流量計（jì）廣泛用於流量測量領域（yù），具有安裝（zhuāng）簡便（biàn）、精度較（jiào）高、能夠直接進行脈衝輸出等特點，目前廣泛應用於工業及民用的（de）流（liú）量計量等裝置中。由於純淨水流量計能夠直接輸出脈衝，且（qiě）純淨水流量計的儀（yí）表係數會隨流速的變化而變化，易於使智能儀表對其（qí）脈衝流量信號進（jìn）行現場處理，如果（guǒ）智能儀表不能實時對儀表（biǎo）係數進行（háng）修正，則需要對純淨水流量計（jì）進行標（biāo）定，否則將產生較大測量誤差。
1純淨水流量計功能概況
純淨水流量計屬於（yú）速度式流量測量計，其工作原理是在流體管道（dào）內安裝渦輪，利用流體流動時產生（shēng）的推（tuī）力使渦輪葉片轉動，渦輪的轉速和流體（tǐ）的流速將成正比例關係（xì），同時，安裝在計量儀表殼體（tǐ）的電（diàn）磁感應（yīng）接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁（cí）場變（biàn）化（huà）而產生的脈衝，智能儀表收集到脈衝之後進行濾（lǜ）波放大，即可通過簡單的比例關係計算出管道的實時流量。純淨水流量計其內部（bù）機械機構（gòu）見圖1。
智能儀表以DSP為處理器，它采集到渦輪流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運算，並將運算結果顯示在（zài）液晶屏上，同時還能夠通（tōng）過RS485通信向上位機遠傳（chuán）流量信息。圖2為渦輪流量（liàng）智能儀表的內部功能模（mó）塊結（jié）構圖。
2智能純淨水流量（liàng）計的硬件設計
2.1渦輪脈衝輸（shū）入（rù）調理電路
由於（yú）渦輪（lún）流量（liàng）傳（chuán）感器產生（shēng）的電脈衝信號有一定的噪聲信號，並（bìng）且電壓隻有幾十毫伏，所以在將（jiāng）信號（hào）輸入到DSP處理（lǐ）器之前進行濾波、整形和放大。*82頁圖3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液（yè）晶顯（xiǎn）示
液（yè）晶選擇12864點陣式液晶（jīng），它能夠動態顯（xiǎn）示各種圖形、漢字以及各種符號信息，為各種電子產品提供了友好的（de）人機界麵（miàn），點陣式圖（tú）形液晶顯示屏具有工作（zuò）電壓低、功耗（hào）低、可視麵積大（dà）、體積小、無（wú）電磁幹擾（rǎo）、數字接口、使（shǐ）用壽命長等特點。圖4為液晶顯示電路原（yuán）理圖。
2.3RS485通信
RS485接（jiē）口組成半雙（shuāng）工（gōng）網絡（luò），選擇兩線製與上位機（jī）電腦相連，采（cǎi）用屏蔽（bì）雙絞線傳輸。通信係統整體為總線式結構，這（zhè）樣1台上位機*多可（kě）以和現（xiàn）場32台智能儀表相連。采用MAX485芯片完成（chéng）電壓轉換，圖5為RS485通信（xìn）電路原理圖。
2.4DSP微處理器
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力（lì），具備32位浮點處理單元，6個直接內存存取通道，支持EMIF，McBSP和ADC，配（pèi）備總計18路PWM波輸出端口，其中有6路為專用超高精度的（de）PWM輸（shū）出，12位16通道模擬數字轉換單元。由於（yú）TMS320F28335具備浮點運算單元，用戶（hù）可快（kuài）速編（biān）寫（xiě）控製算法而無需在處理小數操作上（shàng）耗費過多時間和精力，與其他DSP相比，整體（tǐ）性能提高了一倍，並與定點C28x控製器軟件兼（jiān）容，從而簡（jiǎn）化了軟件開發，縮短了開（kāi）發周期，降（jiàng）低了開發成本。
3智能純淨水（shuǐ）流量計的程序設計
3.1微處理器功（gōng）能程序設計
上（shàng）電後程序對DSP的硬件資源進行初始化，包括中斷（duàn）係統、GPIO口、定時器/計數（shù）器、通信（xìn）端口及基本的時鍾設置（zhì）。程序每秒對接收到的脈衝進行計數，其（qí）除以儀表係數後的結果（guǒ）作為瞬（shùn）時流（liú）量，同時在（zài）時（shí）間（jiān）上對瞬時流量進行累積，計算出兩種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數據保存，**等待上位機電腦（nǎo）對數據的讀（dú）取。通（tōng）信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數（shù）據位，1位停止位（wèi）。圖6為微處理器功能設（shè）計流程圖。
3.2流速修正（zhèng）算法
純淨水流量計中流速對儀表係數有著很大的影響，這部分誤差會*大影響*終計量的精（jīng）確度，傳統的做法是當（dāng）流速發（fā）生較大的持續變化時，需對純淨水流量計進（jìn）行重新標定。針對這個問題，在不（bú）同（tóng）流速下，測量了純淨水流量計的儀表係數（見表1）。
繼續增大流量，儀表係數基本（běn）保持不（bú）變，故對0.4～1L/s內的數據進行參數擬合，得到擬合函（hán）數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量，因變量為（wéi）儀表係數。當流量介於0.4～1L/s時，采（cǎi）用式（1）進（jìn）行計算；當流量超過1.1L/s時，保（bǎo）持儀表係（xì）數恒為69.9。
4結論
筆者設計一種基於DSP的智能純淨水流量計，它能夠將渦（wō）輪流量傳感（gǎn）器的脈衝信號經過調理電（diàn）路輸（shū）入到微處理器中，並在現場實時顯示經（jīng）過係統（tǒng）修正的瞬時流量（liàng）和累積（jī）流量，同時還可以將數據遠傳至（zhì）上位機。此智能純淨水流（liú）量計功能強大，測量精（jīng）度高，有廣闊的應用（yòng）前景（jǐng）。