引言
　　在(zai)工業生産和(hé)科研測量中(zhong)，經常遇到小(xiao)流量、低雷諾(nuò)數的🏃‍♀️流量測(ce)量。浮子流量(liàng)計由于具有(yǒu)靈敏度高，測(ce)量範圍寬，壓(yā)力損失較小(xiǎo)且恒定，測💚量(liang)介📐質種類多(duō)，工作可靠，維(wei)護簡便，對儀(yí)表前直管段(duan)要求不高等(deng)優點，已被廣(guǎng)泛應用。
　　浮子(zi)流量計的浮(fú)子位移與流(liú)量之間存在(zài)明确對應的(de)函數關系，測(ce)出浮子位移(yi)即可确定流(liú)量大小。金屬(shu)管浮子流量(liang)計(以下簡稱(cheng)流量計)可以(yi)連續測量封(feng)閉管道内液(ye)體、氣體或👣蒸(zheng)汽的流量，既(jì)能就地指示(shi)，又能遠傳信(xin)号，可實㊙️現流(liú)量測😍量值的(de)遠🛀距離顯示(shi)、記錄、計算、調(diao)節⭐控制等⛱️功(gong)能，因此廣泛(fan)應用于石油(you)、化🌈工、能源、冶(yě)金、醫藥、輕工(gōng)、國防等部門(men)的流量檢測(cè)及過程控制(zhì)。由✉️于流量計(ji)的🐉浮子位移(yi)不能直接讀(dú)出，所以将磁(ci)鋼🌈封入浮子(zi)内，由設在轉(zhuǎn)換器内的磁(ci)藕合機構得(de)到浮子位移(yi)，并由位移傳(chuan)感器将與流(liú)量對應的浮(fú)子位移轉換(huan)成電信号，以(yi)實現遠傳輸(shu)出。目前常用(yòng)的位移傳感(gan)器有兩種:差(cha)動變壓器式(shì)傳感器和電(diàn)容🏃‍♂️式角位移(yi)傳感器。但是(shi)使用這兩種(zhǒng)位移傳感器(qi)要獲得與流(liú)量對應的位(wèi)移信号，需要(yao)通過磁鋼藕(ou)合💰以及相應(yīng)的四連杆、凸(tū)輪等機🛀械機(ji)構進行非線(xian)性修正和傳(chuan)動來實現，這(zhè)就會造成轉(zhuǎn)換器傳動環(huan)節多、結構複(fú)雜、存在摩擦(ca)力、回差增大(dà)，從而降低流(liu)量計的測量(liang)精度。因此無(wú)法實現流量(liang)計🈲的轉換器(qì)全💘電子化、小(xiao)型化以及在(zài)此基礎上的(de)智能化。爲此(cǐ)，推出采用霍(huò)爾傳感器檢(jiǎn)測浮子位移(yi)、利用16位低功(gong)耗單片機作(zuo)爲核心處理(lǐ)器的智能流(liu)量計。
2系統構(gòu)成原理
　　該流(liu)量計采用線(xiàn)性霍爾傳感(gǎn)器檢測浮子(zǐ)位移，配合單(dān)🐕片機⛹🏻‍♀️應用系(xì)統，完全去掉(diao)了磁鋼禍合(hé)、非線性修正(zhèng)及傳☎️動等機(jī)械♊機構。其工(gong)作原理如圖(tu)1所示。

　　當被測(cè)流體自下而(ér)上流過錐管(guǎn)時，浮子産生(sheng)位移💜，通過線(xian)性㊙️霍爾傳感(gǎn)器的磁力線(xian)角度就會發(fā)生變化，從而(ér)使霍爾傳感(gǎn)器輸💘出相應(ying)電壓。該輸出(chū)電壓輸入到(dao)單片機應用(yong)系統進行處(chù)理後，可輸出(chu)與流量對應(yīng)的❓标準電流(liú)信号，也可通(tong)過标準🏃‍♀️通信(xìn)接口進行數(shù)據遠程交換(huàn)。
　　在流量計的(de)轉換器中對(duì)應浮子位移(yi)範圍中間位(wèi)置😍處放置兩(liǎng)個特性一緻(zhì)的霍爾傳感(gǎn)器，兩個霍爾(er)傳感👈器的磁(ci)敏感面🚩互成(cheng)💚900。霍爾傳感器(qi)的輸出電壓(yā)爲:
E1=K1·I1·B1·-sin θ
　　　E2=K2·I2·B2·sin (90°-θ)
　　　式中:
　　　K1、K2爲霍(huò)爾靈敏度系(xi)數;
　　　I1、I2爲霍爾元(yuan)件的激勵電(diàn)流;
　　　B1 、B2爲霍爾傳(chuán)感器所處位(wei)置的磁感應(yīng)強度;
　　　θ爲磁力(li)線相對于霍(huo)爾傳感器的(de)磁敏感面的(de)傾斜角。
　　因爲(wèi)兩個霍爾傳(chuan)感器選用特(te)性一緻的同(tóng)一型号霍爾(er)傳感器，采用(yòng)同一激勵電(dian)流，處于同一(yī)高度位置，所(suo)以有K1= K2, I1= I2，B1= B2。因此可(ke)得:
E1/ E2=sinθ/ sin (90°-θ)
　　　=sinθ/cosθ=tgθ
0=arctg(E1/ E2)
　　可見，由E,, E2可(kě)求出磁力線(xian)的傾斜角。
　　由(you)圖1可見，随着(zhe)浮子上升，通(tong)過霍爾傳感(gǎn)器的磁力線(xiàn)的角度順時(shí)針變化，因此(ci)求出傾斜角(jiǎo)θ就可以得出(chū)浮子的🚶‍♀️位移(yí)。
3單片機應用(yòng)系統硬件設(shè)計
　　單片機應(ying)用系統的原(yuán)理框圖如圖(tu)2所示。系統控(kong)制器🔞爲一片(pian)✨MSP430F149單片機。M SP430F149的主(zhu)要特性與功(gōng)能如下:
(1)超低(dī)電流消耗:具(ju)有CPUOFF和OSCOFF模式，可(ke)在電壓降至(zhì)1.8V情況下工作(zuo)。
(2)基礎時鍾模(mo)塊:包括1個數(shu)控振蕩器(DCO)和(hé)2個晶體振蕩(dang)器。
(3)系統内置(zhi)模塊:LCD驅動器(qi)、A/D轉換器、1/O口、USART串(chuan)口、看門狗、定(ding)時🈲器、硬件乘(cheng)🏒法👨‍❤️‍👨器、模拟比(bǐ)較器、EPROM等。
(4) 16位RISC結(jie)構，125as指令周期(qi)，等待方式進(jin)行喚醒的時(shí)間爲61xso
(5)軟件可(kě)在RAM中運行。程(cheng)序可通過UART或(huo)測試引腳裝(zhuāng)入RAM，并能在實(shi)時條件下運(yun)行。可降低試(shi)驗和調試的(de)開銷。
(6)僅3種指(zhǐ)令格式，全部(bù)爲正交結構(gou)，簡化了程序(xù)的開發。ROM讀取(qǔ)、RAM存取、數據處(chù)理、I/O及其他外(wai)圍操作都使(shi)用公共指令(lìng)，無特殊指令(ling)。
(7)系統工作穩(wen)定。上電複位(wei)後，首先由DCOCLK啓(qǐ)動CPU，以保證程(cheng)序從正确的(de)位置開始執(zhí)行，保證晶體(ti)振蕩器有足(zu)夠的☁️起振及(jí)穩定時間。如(rú)果晶體振蕩(dang)器在用作CPU時(shí)鍾MCLK時發生故(gu)障🌈，DCO會自動⭐啓(qǐ)動，以保證系(xi)🐅統正常工作(zuo)🥰;如果程序🐕跑(pao)飛，看門狗可(kě)将其❤️複位。
(8)具(ju)有高級語言(yan)編程能力，已(yi)開發了C一編(biān)譯器，支持JTAG仿(pang)真。

　　線性霍爾(er)傳感器将浮(fú)子位移轉換(huàn)成電壓信号(hào)，經放大器放(fang)大♋後，由16位MCU進(jìn)行運算處理(li)和非線性修(xiu)正⭐後求得流(liu)量值，一方面(mian)送LCD顯示器顯(xiǎn)示，另一方面(miàn)送💜入DAC轉換成(cheng)模拟量，再經(jīng)🐅輸出轉換電(diàn)路轉換成标(biāo)準電流信号(hao)❤️輸出。另外，還(hái)可通過💁串行(háng)通信接口RS485與(yu)上👉位機進行(háng)數據交換。
4軟(ruǎn)件設計
　　軟件(jiàn)的主流程圖(tú)如圖3所示。單(dān)片機在上電(dian)和複位的🧡時(shi)候🍓，先要執行(hang)初始化程序(xu)。然後，依次判(pan)斷功能模塊(kuai)的标志位🌈，當(dāng)标🔅志位🙇🏻有效(xiào)時，執行該功(gōng)能模塊㊙️的程(cheng)序，如标志位(wei)無效，則跳過(guo)向下執行。當(dāng)程序執行到(dao)最後，再循環(huán)返回到初始(shi)化之後。

　　标準(zhun)電流輸出模(mó)塊和RS485串行通(tong)信模塊标志(zhi)位是由🙇🏻掃描(miáo)🛀🏻撥碼🏃‍♂️開關部(bu)分所決定的(de);數據存儲部(bù)分通過不斷(duan)地讀取時♻️鍾(zhōng)芯片DS1307來⭐判斷(duàn)是否到了預(yù)先設定的存(cún)儲🌍時間，到❓存(cún)儲時💃間後進(jìn)🏃‍♂️入數據存儲(chu)子程序。RS485通信(xìn)實現了數據(jù)的遠程傳輸(shu)，人們不必直(zhí)接到現場去(qu)查看各種儀(yí)表的參數值(zhi)，通過觀🌈看通(tong)訊界面㊙️即可(ke)獲得當⛱️前和(he)曆史數據。
5結(jié)束語
　　由于采(cai)用霍爾傳感(gan)器進行位移(yí)檢測，使流量(liang)計的轉換器(qì)不需要任何(he)可動的機械(xie)零件，實現了(le)全電子化和(hé)小型化，大大(da)降低了回差(chà);采用16位單片(piàn)機進🌍行線性(xìng)修正和運算(suan)，可使流量😍計(jì)的流量指示(shi)精确度由2.0級(ji)提高到1.0級。
　　由(yóu)以上分析可(ke)見，由于采用(yong)霍爾傳感器(qi)和16位單片機(ji)，使流量計實(shí)現了小型化(hua)、數字化和智(zhì)能化，提高了(le)流量計的精(jīng)度，增👌加了流(liu)量計的功能(neng)，并使得現場(chang)總線型的流(liú)⛹🏻‍♀️量計成爲可(ke)能。

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