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电容式涡街流量计二次仪表电路的设计

发布时间:2017-11-11
 

摘要:设计了电容式涡街流量计二次仪表的电路部分,其中包括前置放大电路、滤波电路、整形电路组成的信号调理电路,以MSP430F149单片机为核心的按键接口电路,LCD显示接口电路,以及该二次仪表供电电路的设计。实验证明,该电路能够精确实现对电容式涡街流量信号的控制、处理功能。
电容式涡街流量计是涡街流量计中最有发展前途的一种,它安装简单,维护方便,无需装导压管和固定支架,可减少故障点。它广泛用于管道中液体、气体和蒸汽的测量,桌有良好的通用性和互换性,能满足用户不同的检测要求,因此研究电容式涡街流量计将具有极其重要的现实意义。
设计了电容式涡街流量计二次仪表电路,该电路以MSP430F149单片机为核心,设计了信号调理电路,低功耗微处理器系统,二次仪表供电电路。该电路具有低成本、低功耗、高精度的特点,具有广阔的市场应用前景。
1、二次仪表电路的工作过程
电容式涡街流量传感器把检测到的涡街信号,经过信号调理电路处理后,送到MSP430F149的P1.1口,利用该I/O口具有的定时器A捕获中断功能,同时利用定时器B模块,读入捕获的时间,获得信号的频率,再根据仪表参数,可以计算出瞬时流量值、累积流量值,送到指定的RAM数据缓冲区供LCD实时显示。
2、信号调理电路设计
环行电路输出的信号低于毫伏级,需要对采集到的信号进行放大处理。可以通过恒流源式双人单出差动放大电路,该电路能抑制零点漂移,电路如图1(a)所示;传感器得到的信号夹杂着噪声信号,为消除噪声的干扰,设计滤波电路,该电路采用无限增益多路反馈二阶滤波电路,该电路过渡带窄,能改善涡街信号的频率特性,滤波电路如图1(b)所示;信号放大滤波电路后,为便于单片机计数,需要对信号进行整形处理。整形电路通过施密特触发器电路产生方波信号,电路如图1(c)所示;通过设置可调电位器R8的阻值,设定门限电压,将输入信号转换成脉冲信号输入单片机的P1.1端口。利用P1.1端口可以设置为捕获方式获取流量信号频率。

3、低功耗微处理器系统设计
3.1键盘接口电路
现场测量仪表在使用时,需要根据不同管道直径、流体介质、温度、气压、黏滞系数等改变或修正相关参数,来计算体积流量或质量流量,所以仪表必须有可以现场修正的键盘。设计采用独立式键盘来修改相关参数值,键盘电路主要利用MSP430单片机的I/0端口来进行设计。它的6组端口的每组8个I/0管脚可以单独设置成输入或者输出,且每个都可独立读写。如图2所示为键盘接口电路,利用P2端口的每个管脚还可以单独设置为中断或只读口分别与 P2.0~P2.4依次连接。按键功能分别是返回键、右移键、增1键、左移键、修改键。当修改键有按键动作时触发键盘中断,其它键按下不响应中断。当进入中断后按下其它任意键使得对应P2口由100Ω和1kΩ两个电阻对3.3V分压为高电平3V,弹起键时对应P2口为低电平0,以此作为键盘扫描判断。

3.2显示电路
采用低功耗点阵式字符液晶显示器NO—KIA5110的48×84,这是一种串行输入数据点阵式液晶,所占用的单片机I/0口数量较少,另外此液晶具有低电压供电方式,可选择3.3Vcc和5Vcc的电压供电。液晶内部采用PCD8544,设计为48行84列的图形显示,所有的显示功能集成在一块芯片上,包括LCD电压及偏置电压发生器,只须很少外部元件且功耗小正常显示时的工作电流在 200μA以下,且具有掉电模式。这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中。电路结构如图3所示,只有2、3、4脚同单片机P4.0、P4.1、P4.2相连,使用内部振荡器时令6脚接高电平,8引脚所接电容是起延时作用,它影响掉电时屏幕上信息消失速度快慢,通常选0.1μF~lOμF。

4、二次仪表供电电路设计
MSP430系列单片机的工作电源一般是1.8V~3.6V,并且功耗极低,电池电压通过W7805转换成+5V电源。如图4所示,该芯片输入5V,输出电压为3.3V,电流为800mA,完全能满足大多数低功耗应用场合的要求,也能满足本系统的功耗要求。

5、结论
设计了电容式涡街流量计二次仪表的电路,该电路由信号调理电路、低功耗微处理器系统、二次仪表供电电路组成。实验验证了该电路的正确性和可靠性,而且该电路还具有结构简单、价格低廉的优点,具有广阔的市场应用前景。