電容式渦街流量計(jì)二次儀表電路的設(shè)計(jì)
電容式渦街流量計(jì)是渦街流量計(jì)中***有發(fā)展前途的一種，它安裝簡(jiǎn)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(cè)量，具有良好的通用性和互換性，能滿足用戶不同的檢測(cè)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(hào)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(chǎng)應(yīng)用前景。
1、二次儀表電路的工作過程:
2、信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì):
環(huán)行電路輸出的信號(hào)低于毫伏級(jí)，需要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行放大處理。可以通過恒流源式雙入單出差動(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(hào)夾雜著噪聲信號(hào)，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(hào)的頻率特性，濾波電路如圖 1( b) 所示; 信號(hào)放大濾波電路后，為便于單片機(jī)計(jì)數(shù)，需要對(duì)信號(hào)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(hào)，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，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸入單片機(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(hào)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(chǎng)測(cè)量?jī)x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(chǎng)修正的鍵盤［1，2］。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 I/O 端口來進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的 6 組端口的每組 8 個(gè) I/O 管腳可以單獨(dú)設(shè)置成輸入或者輸出，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)入中斷后按下其它任意鍵使得對(duì)應(yīng)P2 口由 100 Ω 和 1 kΩ 兩個(gè)電阻對(duì) 3. 3 V 分壓為高電平 3 V，彈起鍵時(shí)對(duì)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 48 × 84，這是一種串行輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)陣式液晶，所占用的單片機(jī) I/O 口數(shù)量較少，另外此液晶具有低電壓供電方式，可選擇 3. 3 Vcc 和 5 Vcc 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 200 μA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(cè)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. 1 μF ～ 10 μF。
圖 2 鍵盤接口電路
圖 3 液晶顯示接口電路
4、二次儀表供電電路設(shè)計(jì):
MSP430 系列單片機(jī)的工作電源一般是 1. 8 V～ 3. 6 V，并且功耗極低，電池電壓通過 W7805 轉(zhuǎn)換成 + 5 V 電源。如圖 4 所示，該芯片輸入 5 V，輸出電壓為 3. 3 V，電流為 800 m A，完全能滿足大多數(shù)低功耗應(yīng)用場(chǎng)合的要求，也能滿足本系統(tǒng)的功耗要求。
圖 4 電源模塊電路
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(hào)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(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。