渦輪流量計智能積算儀以MSP430單片機作為處理器，經過運算放大器對輸入脈沖 進行整形濾波放大后輸入到單片機中，由單片機對輸入脈沖進行相應的處理和運算并進行實 時流量的顯示和數據信息的發送。系統電路采用24 V和3.6V雙電源設計，通過HART通信 協議與上位機主機進行通訊，從上位機可以讀取和置入參數。

引言

渦輪流量傳感器具有測量準確、測量范圍寬、 技術成熟等優點，被廣泛應用于工業生產中的流 量測量。渦輪流量計智能積算儀是用來處理和顯 示渦輪流量傳感器發送的脈沖信號，它能夠把測 量的流速等信息直接顯示并轉化成數字信號遠傳。 當前，渦輪流量傳感器的測量精度已經能夠達到 較高的水準，智能積算儀部分也在逐步實現智能化和信息化。渦輪流量儀表也需要添加智能信息 處理單元部分，使生產過程的監控和檢測更加便 捷、高效和人性化。

1.功能設計

本文研究了渦輪流量計智能積算儀，系統以 MSP430F149單片機作為核心處理器， 能夠通過液晶顯示屏實時顯示流速，使用基于可 尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議進行數 據傳輸，系統斷電時數據能夠瞬間保存，工作電 壓過低能夠觸發報警，采用4mA~20mA模擬電流 輸出表示流量的大小，用戶通過按鍵可置入儀表 系數。通過合理科學的硬件設計以及軟件編程， 實現了渦輪流量計智能積算儀的多功能化和低功 耗化。

2.硬件設計

2.1電源供電系統

系統有兩個互不干擾的供電電路。一個是使 用3.6V電壓電池進行供電，另外一個是外接直流 24V電源供電。當系統不需要進行數據通訊并且 不需要4~20mA模擬電流輸出的時候，整個智能 積算儀能夠僅僅在3.6V電壓電池的供電下持續工 作三年以上。反之，可以使用外接直流的24V電 源供電，通過AD421芯片進行電壓轉換，同時它 能夠將數字信號十分的轉換成相應的模擬電 流信號，產生4~20mA電流輸出。電路原理圖如 圖1所示。

2.2通訊系統

根據可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信 協議，通訊系統用AMI公司生產的A5191芯片完成HART通訊。HART通訊是一種基于FSK頻移 鍵控技術的通訊方式，在模擬電流信號的基礎上 疊加不同的頻率信號，用頻率1 200Hz代表數字 “1”，頻率2 200Hz代表數字“0”。通訊方式外圍 電路原理圖如圖2所示。

2.3顯示系統

系統顯示模塊選用點陣式液晶DCG13232， 電路如圖3所示。它能夠顯示各種漢字和圖形， 能夠選擇工作在串行模式或者并行模式，內置了ST7565R控制器，能夠開啟或者關閉藍色背光。 正常電壓為3V?3.6V，無背光時它的工作電流為 140|xA，打開背光后的工作電流為92mA。

2.4斷電保護及低電壓報警系統

系統斷電保護電路與低電壓報警電路如圖4、 圖5所示。選用了 IMP809R實現系統斷電之后的 數據保護功能，當電壓低于2.63 V，它能夠產生 —個脈沖信號，并能短時間維持這個電壓，讓單片機進行數據保存。用IMP809S實現電池電量不 足時的低電壓的報警功能，跳變電壓為2.93V, 當它的供電電壓低于2.93V時，產生一個持續的 脈沖給單片機，單片機檢測到后即可讓低電壓報 警燈亮起。

3.程序設計

系統主程序采用瀑布式結構化程序設計方 法，程序中主要的功能函數為初始化程序、實 時顯示流量數據程序、通訊程序以及其他的一 些功能程序。

智能積算儀上電之后，對單片機的各個模塊 進行初始化，其中包括系統時鐘的配置，判斷是 否寫入過儀表系數，看門狗的設置，ROM存儲器 中數據的讀取，用于液晶顯示的IO 口的程序， UART通訊模塊的初始等。初始化完成后設置各 個中斷源，開啟外部中斷、通訊中斷、定時器中 斷等，屏蔽一切不需要的中斷資源，設置單片機 內置的定時器，每間隔2s產生一次中斷。主程序 設計流程圖與程序初始化流程圖見圖6、圖7。

完成初始化后程序進入主循環程序，進行渦輪 流量傳感器的脈沖處理，經過和儀表系數的線性比 對，計算出當前的瞬時流量，并通過對時間的累 積。系統整體處理事件都是基于中斷，在電池供電 的情況下將電路的能耗降到較低水平。使用定時/比 較器對渦輪流量傳感器傳送的脈沖進行捕捉，使用 單片機內設置的定時器每間隔2 s進行一次計數，對所有前2s的收到的脈沖數進行處理，計算出瞬 時流量和累積流量并顯示在液晶屏幕上。顯示 菜單默認顯示實時的瞬時流量和累積流量，菜單 按鈕按下后切換到儀表系數植入界面，可以通過參 數置入按鈕改變儀表系數，這樣能夠使渦輪流量 計智能積算儀適用于不同的渦輪流量傳感器。

HART通訊程序的計算機顯示程序由VB語 言編寫，其人機交互界面如圖8所示。每隔1s上 位機軟件就會向下位機智能儀表請求一次數據， 接收到后立即刷新界面數據，通訊采用串口方式， 速率為1 200bps。下位機渦輪流量計智能積算儀 的通訊由單片機的通用串行異步收發器完成，當 通訊口檢測到線路上有對應的電平變化時，會進 入通訊中斷程序，把接收到的數據進行存儲，當 數據傳輸完畢后，A5191芯片會產生一個脈沖， 是單片機進入外部中斷執行命令分析任務。圖9 為智能積算儀的通訊程序流程圖。

4.結論

本文設計了渦輪流量計智能積算儀，以 MSP430單片機作為處理器，可用3.6V電池供 電，也可用24V電源供電，采用HART通訊協 議與電腦進行數據交換，系統能夠實時顯示瞬時 流量和累積流量，具有斷電數據自動保存和工作 電壓過低報警設計，4mA~20mA模擬電流輸出功 能，使用按鍵設置儀表系數，超低功耗設計以及本安防爆設計。儀器功能強大，具有廣闊的應用 前景。