溫壓補(bǔ)償氣體渦輪流量計(jì)系統(tǒng)組成

氣體渦輪流量計(jì)由霍爾傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、MSP430F149 單片機(jī)、 液晶顯示電路、存儲(chǔ)電路和軟件組成。 系統(tǒng)框架圖如圖 1 所示，其中單片機(jī)為氣體渦輪流量計(jì)的核心，本系統(tǒng)采用 TI 的 MSP430F149 單片機(jī)，其zui突出的優(yōu)點(diǎn)是超低功耗，能有效延長供電電池的使用壽命^［1］。 氣體渦輪流量計(jì)的渦輪旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路輸入單片機(jī)，溫度和壓力傳感器采集的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路同樣輸入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理 。 所得的流速和流量數(shù)據(jù)采用2   總線存儲(chǔ)到 2 存儲(chǔ)器中并顯示在液晶顯I C E PROM 示器上 。

系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)初始化模塊 ， 信號(hào)檢測(cè)模塊 ， 數(shù)據(jù)處理模塊 ， 液晶顯示模塊 ， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及定時(shí)中斷服務(wù)模塊等 。

溫壓補(bǔ)償氣體渦輪流量計(jì)工作原理

 該設(shè)計(jì)能實(shí)時(shí)將氣體流速準(zhǔn)確地顯示出來 同， 時(shí)計(jì)算并顯示累計(jì)流量 。 氣體流過渦輪流量計(jì)推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn) 渦輪每旋轉(zhuǎn)一次 霍爾傳感器輸出一個(gè)，電脈沖 電脈沖信號(hào)經(jīng)處理電路輸入單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算出流速 而此時(shí)的流速為工況 非標(biāo)準(zhǔn)狀， （ 況 ） 下的流速 由于氣體密度受氣體溫度和壓力影響 ， 不同的溫度和壓力環(huán)境下所測(cè)氣體體積會(huì)有差別 ， 所以必須轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)狀況 （20  ，0．1013MPa 或者 0 ，0．1013MPa） 下的氣體流速 ， 此過程是由單片機(jī)參考溫度和壓力傳感器所測(cè)的溫度和壓力值通過計(jì)算所實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)每秒鐘進(jìn)行一次流量積累計(jì)算從而得出累計(jì)流量［2］。 將單片機(jī)計(jì)算得出的標(biāo)況下的流速和流量存儲(chǔ)到串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并將流速實(shí)時(shí)顯示在串口液晶顯示模塊上。

溫壓補(bǔ)償氣體渦輪流量計(jì)硬件設(shè)計(jì)

2．1、單片機(jī)的選擇：

 單片機(jī)為本系統(tǒng)的核心，因此選擇合適的單片機(jī)至關(guān)重要， 考慮到流量計(jì)系統(tǒng)低能耗方面的要求， 本系統(tǒng)采用 TI 公司的 MSP430F149 單片機(jī)，它是一款專門為低功耗而設(shè)計(jì)的高性能 16 位單片機(jī)， 系統(tǒng)中有一種活動(dòng)模式 AM 和 5 種低功耗模式LPM0～LPM4， 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用的功能模塊不同，采用不同的工作模式，它支持多種中斷源，用中斷請(qǐng)求將 CPU 喚醒只需要 6μs。 通過對(duì)單片機(jī)編程可有效降低系統(tǒng)的功耗。 MSP430F149 單片機(jī)結(jié)合了 TI 的高性能模擬技術(shù) ， 含有豐富的片內(nèi)外設(shè) 包， 括 ： 看門狗 （WDT）， 定時(shí)器 A（Timer－A）， 定時(shí)器 B（Timer－B）， 模擬比較器 A， 硬件乘法器 ，12 位 ADC，串口 0，1（USART0，1）， 直接數(shù)字存取 （DMA）， 基本定時(shí)器（Basic Timer）等。 如此豐富的片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了*方便。

2．2 溫度、壓力傳感器的選擇

溫度和壓力傳感器選擇的原則是：在保證精度的前提下，zui大限度降低功耗。 本系統(tǒng)采用壓力傳感器芯片 MS5535B，它是一個(gè)集成度高，功能強(qiáng)大的集成芯片，由一個(gè)硅壓阻傳感器和一個(gè)集成傳感器接口電路組成，測(cè)壓范圍為（0～14）bar，供電電壓2．2V～3．6V， 工作溫度 （－40～125）℃ ， 具有低供電電壓、 低功耗的特點(diǎn)。 溫度傳感器選用 TI 公司的TMP102 低功耗數(shù)字傳感芯片， 在－25 ～＋85 的量程內(nèi)精度為 0．5 ，要求輸入電壓為 1．4V～3．6V，測(cè)量信號(hào)由雙線串行接口輸出，它有很低的工作電流，工作狀態(tài)供電電流為 10μA，休眠模式下電流為 1μA，*符合本設(shè)計(jì)低功耗的要求。

2．3、存儲(chǔ)電路和液晶顯示電路：

  本設(shè)計(jì)中將所計(jì)算出的流速、流量等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中， 采用 I2C 總線的 E2PROM 存儲(chǔ)器24C16，24C16 是串行的 E2PROM 存儲(chǔ)器， 存儲(chǔ)容量達(dá)到 16K，SCL 為時(shí)鐘線，SDA 為數(shù)據(jù)線， 原理圖如圖 2 所示， 其中 SCL2 接單片機(jī) P4．6，SDA2 接單片機(jī) P4．5［3－4］。

圖 2 24C16 E²PROM 存儲(chǔ)器原理圖
  為了達(dá)到低功耗的要求， 本設(shè)計(jì)選用 HT1620存儲(chǔ)器映射的多功能 LCD 驅(qū)動(dòng)器，其操作電壓為 2．4V～3．3V，3V 時(shí)操作電流小于 3μA， 低操作電流有效地降低了液晶模塊的功耗， 其顯示段數(shù)為 128 （32×4）， 內(nèi)部集成有 LCD 控制器 ，LCD 驅(qū)動(dòng)器和RAM。 單片機(jī)和 HT1620 的連線如圖 3 所示， 其中P2．3 連接 HT1620 的片選端，P2．0 連接數(shù)據(jù)線，P2．1和 P2．2 分別連接讀寫控制線。



圖 3 單片機(jī)與液晶顯示模塊連線圖