摘要：設(shè)計(jì)了電容式渦街流量計(jì)二次儀表的電路部分,其中包括前置放大電路、濾波電路、整形電路組成的信號調(diào)理電路，以MSP430F149單片機(jī)為核心的按鍵接口電路,LCD顯示接口電路,以及該二次儀表供電電路的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明,該電路能夠精確實(shí)現(xiàn)對電容式渦街流量信號的控制、處理功能。
電容式渦街流量計(jì)是渦街流量計(jì)中最有發(fā)展前途的一種,它安裝簡單，維護(hù)方便,無需裝導(dǎo)壓管和固定支架,可減少故障點(diǎn)。它廣泛用于管道中液體、氣體和蒸汽的測量,具有良好的通用性和互換性，能滿足用戶不同的檢測要求,因此研究電容式渦街流量計(jì)將具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)計(jì)了電容式渦街流量計(jì)二次儀表電路，該電路以MSP430F149單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了信號調(diào)理電路,低功耗微處理器系統(tǒng),二次儀表供電電路。該電路具有低成本、低功耗、高精度的特點(diǎn),具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
1二次儀表電路的工作過程
電容式渦街流量傳感器把檢測到的渦街信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后,送到MSP430F149的P1.1口,利用該I/O口具有的定時(shí)器A捕獲中斷功能，同時(shí)利用定時(shí)器B模塊,讀人捕獲的時(shí)間,獲得信號的頻率,再根據(jù)儀表參數(shù),可以計(jì)算出瞬時(shí)流量值、累積流量值,送到指定的RAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供LCD實(shí)時(shí)顯示。
2信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)
環(huán)行電路輸出的信號低于毫伏級,需要對采集到的信號進(jìn)行放大處理。可以通過恒流源式雙人單出差動(dòng)放大電路,該電路能抑制零點(diǎn)漂移，電路如圖1(a)所示;傳感器得到的信號夾雜著噪聲信號,為消除噪聲的干擾,設(shè)計(jì)濾波電路,該電路采用無限增益多路反饋二階濾波電路,該電路過渡帶窄,能改善渦街信號的頻率特性,濾波電路如圖1(b)所示;信號放大濾波電路后,為便于單片機(jī)計(jì)數(shù),需要對信號進(jìn)行整形處理。整形電路通過施密特觸發(fā)器電路產(chǎn)生方波信號,電路如圖1(c)所示;通過設(shè)置可調(diào)電位器R8的阻值,設(shè)定門限電壓,將輸人信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸人單片機(jī)的P1.1端口。利用P1.1端口可以設(shè)置為捕獲方式獲取流量信號頻率。
3低功耗微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1鍵盤接口電路
現(xiàn)場測量儀表在使用時(shí),需要根據(jù)不同管道直徑、流體介質(zhì)、溫度、氣壓、黏滯系數(shù)等改變或修正相關(guān)參數(shù),來計(jì)算體積流量或質(zhì)量流量,所以儀表必須有可以現(xiàn)場修正的鍵盤。設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤來修改相關(guān)參數(shù)值，鍵盤電路主要利用MSP430單片機(jī)的I0端口來進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的6組端口的每組8個(gè)IV0管腳可以單獨(dú)設(shè)置成輸人或者輸出,且每個(gè)都可獨(dú)立讀寫。如圖2所示為鍵盤接口電路,，利用P2端口的每個(gè)管腳還可以單獨(dú)設(shè)置為中斷或只讀口分別與P2.0~P2.4依次連接。按鍵功能分別是返回鍵、右移鍵、增1鍵、左移鍵、修改鍵。當(dāng)修改鍵有按鍵動(dòng)作時(shí)觸發(fā)鍵盤中斷,其它鍵按下不響應(yīng)中斷。當(dāng)進(jìn)人中斷后按下其它任意鍵使得對應(yīng)，P2口由100Q和1kn兩個(gè)電阻對3.3V分壓為高電平3V,彈起鍵時(shí)對應(yīng)P2口為低電平0,以此作為鍵盤掃描判斷。
3.2顯示電路
采用低功耗點(diǎn)陣式字符液晶顯示器NO-KIA5110的48x84,這是一-種串行輸人數(shù)據(jù)點(diǎn)陣式液晶,所占用的單片機(jī)I/0口數(shù)量較少,另外此液晶具有低電壓供電方式,可選擇3.3Vce和5Vce的電壓供電。液晶內(nèi)部采用PCD8544,設(shè)計(jì)為48行84列的圖形顯示，所有的顯示功能集成在一塊芯片上,包括LCD電壓及偏置電壓發(fā)生器，只須很少外部元件且功耗小正常顯示時(shí)的工作電流在200μA以下,且具有掉電模式。這些特點(diǎn)非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測試設(shè)備中(3.4]。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示,只有2、3、4腳同單片機(jī)P4.0、P4.1、P4.2相連,使用內(nèi)部振蕩器時(shí)令6腳接高電平,8引腳所接電容是起延時(shí)作用,它影響掉電時(shí)屏幕上信息消失速度快慢,通常選0.1μF~10μF。
4二次儀表供電電路設(shè)計(jì)
MSP430系列單片機(jī)的工作電源--般是1.8V~3.6V,并且功耗極低,電池電壓通過W7805轉(zhuǎn)換成+5V電源。如圖4所示，該芯片輸人5V,輸出電壓為3.3V,電流為800mA,完全能滿足大多數(shù)低功耗應(yīng)用場合的要求,也能滿足本系統(tǒng)的功耗要求。
5結(jié)論
設(shè)計(jì)了電容式渦街流量計(jì)二次儀表的電路,該電路由信號調(diào)理電路、低功耗微處理器系統(tǒng)、二次儀表供電電路組成。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該電路的正確性.和可靠性,而且該電路還具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
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