超低功耗智能涡街流量计的硬件设计
涡街流量计(设计技术标准)
涡街流量计设计技术标准一、设计方案1、方案：由使用单位填写流量计安装参数表，经使用单位和生产部签字确认，电控部据此选型申报计划。
（见附表1）2、关键控制点：传感器口径选择：（适合DN300以下）主要是对流量下限值进行核算。
它应该满足以下条件：1）最小雷诺数不应低于界限雷诺数（Re C＝2×104）和对于应力式VSF在下限流量时旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许值（旋涡强度与升力ρU2成比例关系）。
2）对于液体还应检查最小工作压力是否高于工作温度下的饱和蒸气压，即是否会产生气穴现象。
3）流量测量范围的确定还应检查是否处于仪表的最佳工作范围（即上限流量的1/2～2/3处）。
二、设计标准（一）、选型及注意事项可以从五个方面进行考虑，这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。
五个方面的详细因素如下：1、仪表性能方面：准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；2、流体特性方面：温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；3、安装条件方面：管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径，维修空间、电源、接地、辅助设备(过滤器、消气器)、安装、等；4、环境条件方面：环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；5、经济因素方面：仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。
（二）、包含内容一、仪表数据表（见附表2）二、控制方案说明：1、涡街流量计的选用1.1涡街流量计的口径选择涡街流量计的仪表口径及规格选择很重要，它类似于差压流量计节流装置的设计计算，要遵循一些原则进行选择。
仪表口径选择步骤如下。
首先必须明确以下工作参数。
1）流体名称，组分；2）工作状态的最大、常用、最小流量；3）最高、常用、最低工作压力和工作温度；4）工作状态介质的粘度。
智能涡流转速计的设计
智能涡流转速计的设计智能涡流转速计（Intelligent Eddy Current Tachometer）是一种测量机械运动速度的仪器。
它可以通过感应涡流来检测运动目标的速度，并将其转化为电信号输出。
智能涡流转速计具有高精度、高可靠性、无需接触运动目标等优点，因此被广泛应用于工业生产和科学研究领域。
智能涡流转速计的设计需要解决以下问题：1.涡流传感器的设计：涡流传感器是智能涡流转速计的核心部件，其设计必须满足高灵敏度、高稳定性、低噪声等要求。
针对不同的应用场景，可以选择不同类型的涡流传感器，如盘式、线圈式、电极式等。
2.信号处理电路的设计：涡流传感器产生的信号极小，需要通过合适的信号放大、滤波等处理方式，以得到可靠的转速信号输出。
信号处理电路的设计需要考虑抗干扰能力、动态响应速度等因素，以满足不同应用场景的需求。
3.转速测量算法的设计：涡流传感器可以提供电信号，但需要通过一定的算法才能将其转化为实际的转速值。
常用的转速测量算法包括计数器法、周期计算法、频率测量法等。
4.界面设计：智能涡流转速计可以输出数字信号、模拟信号等不同形式的转速数据，因此需要设计相应的界面以方便用户读取和处理数据。
界面设计需要考虑数据可视化、用户操作便捷性等因素。
5.系统可靠性和稳定性的设计：智能涡流转速计是工业生产线上的重要检测设备，因此需要具备高可靠性和稳定性，以保证工业生产的正常进行。
系统可靠性和稳定性的设计需要从硬件、软件、系统架构等多个方面进行优化。
智能涡流转速计的设计需要充分考虑传感器、信号处理、转速测量算法、界面设计、系统可靠性和稳定性等多个方面的问题。
只有充分优化这些方面，才能设计出满足各类工业生产场景需求的智能涡流转速计。
基于MSP430的移动式高精度涡街流量计的设计
㊀２０２０年㊀第６期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．６㊀收稿日期：２０１９－１１－１８基于ＭＳＰ４３０的移动式高精度涡街流量计的设计李庆勇，王洪君（山东大学，山东济南㊀２５０１００）㊀㊀摘要：针对传统流量计存在精度低㊁适应性不强以及结构复杂等缺点，设计了一种高精度便携式涡街流量计㊂系统以低功耗处理器ＭＳＰ４３０为控制核心，利用 卡门涡街 原理实现流量的测量，利用压电传感器实现待测流体频率的测量，通过传感器组测量待测管道中流体的温度㊁压力值，采用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式来补偿待测流体的密度，最终计算出待测液体的流量值㊂实际测试结果表明，系统能有效地测出待测管道中的液体流量，且测量精度高，误差小于１％㊂关键词：高精度；便携式；涡街流量计；ＭＳＰ４３０中图分类号：ＴＰ９３４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０６－００４７－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏｂｉｌｅＨｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＶｏｒｔｅｘＦｌｏｗｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ＬＩＱｉｎｇ⁃ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇ⁃ｊｕｎ（ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｌｏｗｍｅｔｅｒ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｗｅａｋａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃ⁃ｔｕｒｅ，ａｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｒｔａｂｌｅｖｏｒｔｅｘｓｔｒｅｅｔｆｌｏｗｍｅｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｏｋｔｈｅｌｏｗ⁃ｐｏｗｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｒＭＳＰ４３０ａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ ｋａｍｅｎｖｏｒｔｅｘｓｔｒｅｅｔ ，ａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．ＬＡＰＷＡ－ＩＦ９７ｆｏｒｍｕｌａｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｆｌｏｗｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗｍｅｔｅｒ；ＭＳＰ４３００㊀引言现今用于工业测量的流量仪表种类繁多，按照测量方式的不同可以分为以下四大类：差压式流量计㊁容积式流量计㊁超声波流量计和流体振动式流量计㊂而本文研究的涡街流量计属于流体振动流量计的一种，涡街流量计因具有压力损失小㊁可靠性高㊁适应性强和量程比宽等优点，得到了越来越广泛的应用㊂但是涡街流量计也存在一定的缺点，比如在低流速㊁小流量等情况下，容易受到多种噪声的干扰，测量精度较低㊂为了克服这些弊端，本文设计了一种便携式高精度的涡街流量计㊂系统采用低功耗微处理器ＭＳＰ４３０作为系统的控制核心，利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式对流体进行密度补偿，提高系统的测量精度㊂采用看门狗软件㊁电源监控㊁软件滤波等方式来提高系统的稳定性㊂通过实验验证和数据分析，证明了设计的涡街流量计具有较高的测量精度和可靠的稳定性，达到了设计的预期㊂１㊀涡街流量计测量原理涡街流量计检测的原理是 卡门涡街原理 ，具体就是在流动的流体中放置一根与流向垂直的非流线型流体，称之为漩涡发生体（阻流体），漩涡发生体两侧的流体流动的速度逐渐加快，雷诺数Ｒｅ也逐渐增大，当Ｒｅ达到４０左右时，就会在漩涡发生体下游产生两列旋转方向相反㊁平行参差排列的涡列，称之为 卡门涡街 ㊂当涡街稳定时，涡街频率ｆ与组流体两侧的平均流速ｖ之间的关系为ｆ＝Ｓｔｖｄ（１）式中：Ｓｔ为斯特罗哈尔数，它是一个无量纲常数；ｄ为阻流体的最大宽度㊂由式（１）可知，涡街频率ｆ与流体的平均流速成正比，因此涡街频率ｆ与流体的体积流量Ｑ也成正比，利用该种方法就可以测得管道内流体的流量㊂当通过检测元件测得涡街频率ｆ，流体的体积流量可以表示为㊀㊀㊀㊀㊀４８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪｕｎ．２０２０㊀Ｑ＝Ｓｖ＝ＳｍｄｆＳｔ（２）式中：Ｓ为管道截面积；ｖ为旋涡发生体两侧的平均流速；ｍ为漩涡发生体两侧流通面积与管道截面积之比㊂由式（２）可知，Ｓ㊁ｍ㊁ｄ㊁Ｓｔ为给定的已知量，只需测得涡街频率ｆ就可以得到待测流体的体积流量㊂２㊀涡街流量计硬件设计涡街流量计的硬件设计主要包括涡街频率采集电路㊁温度采集电路㊁压力采集电路以及数据处理电路等㊂由压电传感器来采集漩涡发生体两侧流体的频率，再经过电荷放大器及滤波器之后得到光滑的数据曲线，利用ＭＳＰ４３０内部的脉冲计数器实现涡街频率ｆ的采集，采用ＦＦＴ变换采集低流速时漩涡发生体两侧流体的频率，通过温度㊁压力传感器采集流体的温度㊁压力数据来补偿待测流体的密度，以此来提高系统的测量精度㊂系统硬件框图如图１所示㊂图１㊀系统硬件框图２．１㊀压电式涡街传感器数据采集电路压电式涡街传感器是由应用膜片和压电晶体组成，实际检测时将涡街传感器放置在漩涡发生体后，当漩涡发生体附近产生漩涡时，就会在涡街传感器表面产生一个交替的升力，该升力的频率与漩涡的频率相同㊂压电式涡街传感器将应变力产生的信号转换为相应的电荷信号，产生的电荷信号的频率与漩涡的频率相同，因此通过压电式涡街传感器将流体在漩涡体两侧产生的漩涡频率信号转换为可被测量的电荷信号㊂由于压电式涡街传感器输出的信号中含有各种噪声信号，且信号幅值较小，约几十ｍＶ，为了有效地提取信号的频率信息，需要对传感器输出的信号进行放大和滤波㊂系统利用高精度㊁低失调电压的运算放大器ＴＬＶ２２５４，其常用于放大压电式传感器输出的微小信号，电路图如图２所示㊂将图２中的Ｃｏｎｎｅｃｔ＋㊁Ｃｏｎｎｅｃｔ－接入压电式传感器的２个输出线，利用双端输入的差动电荷放大器来放大传感器的输出信号，其中Ｃ３４＝Ｃ３３㊁Ｒ４３＝Ｒ４２㊂传感器输出的信号类似于交变的正弦波信号，Ｃ３１㊁Ｃ３２滤除信号中的直流信号，电容Ｃ３４㊁Ｃ３３两端并联反馈电路提图２㊀传感器数据采集电路供稳定的直流工作点，抑制放大器的零漂㊂２．２㊀低通滤波及限幅放大电路在对传感器信号进行放大的同时也把噪声信号放大了，因此需要对此信号进行滤波处理，系统设计了二阶低通滤波器来滤除系统中的高频干扰，采用限幅放大器对低通滤波器输出的信号进行箝位，提高信噪比㊂电路图如图３所示㊂图３㊀低通滤波及限幅放大电路由ＡＤ８１７组成的二阶有源滤波器用于滤除信号中的高频干扰，ＡＤ８６１０及其阻容器件组成的限幅放大电路用于进一步调整信号㊂ＡＤ８６１０的反馈部分并联一个反馈电阻Ｒ４９和电容Ｃ５０进一步滤波信号中的干扰，反向输入端并联２个二极管Ｄ１㊁Ｄ２㊂当反向端的输入信号高于二极管的门坎电压时，信号直接从二极管流过；当输入信号小于二极管的门坎电压时，信号经过反馈电阻Ｒ４９㊁Ｒ４８放大一定倍数后再输出㊂因此经过限幅电路后输出的信号已不再是正弦波信号，而是方波信号㊂最后利用ＭＳＰ４３０定时器的脉冲捕获模式获取方波的信号的频率，该频率就是涡街频率㊂２．３㊀温度测量电路为了进一步提高系统的测量精度，需要根据流体的温度㊁压力值实时地对流体的密度进行补偿㊂在温度测量上，选用高精度㊁宽量程的温度检测传感器Ｐｔ１０００，其测温范围在－２００ ８５０ħ之间，且灵敏度高，非常适合本系统的测量要求㊂在Ｐｔ１０００温度检测上采用恒压源供电电桥测量电路，电桥的输出电压与所测温度成正比，最终利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换㊀㊀㊀㊀㊀第６期李庆勇等：基于ＭＳＰ４３０的移动式高精度涡街流量计的设计４９㊀㊀器采集电桥的输出电压计算得到所测温度值㊂硬件电路图如图４所示㊂图４㊀温度检测电路如图４所示，Ｐｔ１０００温度测量电路用的是电桥测量法，其中Ｒ５２㊁Ｒ５３㊁Ｒ５４均为精密电阻，Ｐｔ１０００与这３个电阻组成电桥，当电桥平衡时系统输出为０，当温度变化时，Ｐｔ１０００传感器内部的电阻就会变化，此时电桥平衡被破坏，电桥输出不为０㊂通过仪用放大器ＩＮＡ３２１来采集电桥输出的电压信号，通过电阻Ｒ５５㊁Ｒ５６来调整放大的增益，最终将电桥输出信号调整在０ ３．３Ｖ之间，这样便于直接利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换器采集，最终计算得待测流体的温度㊂２．４㊀压力测量电路压力测量电路与温度测量电路类似，都是采用仪用放大器ＩＮＡ３２１来采集传感器输出的电压信号㊂由于管道内的压力小于３．５ＭＰａ，因此本系统最终选择１５４ＣＶ型压力传感器，其压力测量范围在０ ３．５ＭＰａ之间，工作温度为－４０ １２５ħ，各项参数非常适合本系统的测量需要㊂传感器采用ＤＣ３．０Ｖ供电，传感器将收到的压力信号成比例地转换为相应的电压信号，再利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换进行采集，最终计算得到压力值，压力测量电路图如图５所示㊂图５㊀压力检测电路当检测到待测流体的温度㊁压力值后，利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式计算待测液体密度对待测流体进行密度补偿，进一步提高系统的测量精度㊂３㊀涡街流量计软件设计系统软件采用Ｃ语言编写，开发工具采用的是ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈＥＷ４３０，它是一款专为ＭＳＰ４３０系统单片机设计的高效Ｃ语言编译器，符合ＡＮＳＩ标准㊂系统软件主要包括Ａ／Ｄ采样程序㊁ＦＦＴ变换程序㊁定时器中断程序以及ＭＳＰ４３０最小系统程序等㊂系统上电后，首先执行各个传感器复位操作，当数据处理电路将传感器输出的信号进行放大滤波处理后，利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换器进行模数转换，计算得到相应的涡街频率㊁温度㊁压力等数值㊂在低流速时，通过对压电式涡街传感器的输出信号进行ＦＦＴ变换，以便准确地获得涡街频率，提高系统检测精度㊂系统软件流程图如图６所示㊂图６㊀系统软件流程图４㊀实验数据分析为了进一步验证系统检测的准确性及稳定性，搭建如图７所示的测量系统㊂其中实验的管道的口径为２５ｍｍ，稳压水源用于产生不同流量的流体，产生的流体流量的范围在１ ２０ｍ３／ｈ之间㊂实际试验时，利用称重传感器对标准仪表进行校准，提高系统的检测精度，将标准仪表测得的数据与本文设计的涡街流量计测得的数据进行对比，以此验证系统测量的准确性㊂图７㊀实验装置示意图通过调节稳压水源和总阀门的开度来调整管道中流体的流量，当设定好流量之后，在同流量情况下，利用涡街流量计采集３次数据，每次间隔１ｍｉｎ，比较３次数据的波动情况，以此来说明系统的重复性㊂最终将标准仪表测得值与设计的涡街流量计测得数据进行对比，实验数据如表１所示㊂由表１测试数据可知，系统具有良好的重复性，在同一点测量３次的结果基本保持一致，系统测量的相对误差小于１％，具有较高的测量精度，满足系统的设计要求㊂（下转第６２页）㊀㊀㊀㊀㊀６２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪｕｎ ２０２０㊀过逆变器转换后的电压及电流等部分数据㊂通过该界面可以查询光伏电站的历史监控状态㊂图８㊀历史数据查询界面５㊀结论本文提出的基于ＬｏＲａ的物联网光伏电站监控系统，实现了对光伏电站的远程监测㊂通过对数据的实时监测，能够及时发现故障并进行检修，对于保障光伏电站的正常运行及实现电网智能化重要意义㊂该系统具有低功耗，传输距离远㊁可拓展性强，可以根据不同需要应用于其他领域㊂参考文献：［１］㊀曾祥军，李凤婷．光伏电站接入系统方案分析［Ｊ］．电测与仪表，２０１６，５３（１）：８４－８９．［２］㊀罗乐．基于物联网的太阳能发电监测系统的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（１１）：１０４－１０７．［３］㊀薛家祥，龚普，吴坚．基于无线通信和Ａｎｄｒｏｉｄ手机的光伏监控系统的实现［Ｊ］．自动化与仪表，２０１６，３１（１０）：２８－３１．［４］㊀黄敏，徐菲，刘珺．基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究［Ｊ］．可再生能源，２０１７，３５（７）：１０３２－１０３６．［５］㊀陈同浩，刘永成，罗鹏．基于ＺｉｇＢｅｅ的分布式光伏发电监控系统的设计与实现［Ｊ］．自动化技术与应用，２０１７，３６（１０）：７３－７６．［６］㊀陈同浩，刘永成，李坤．基于ＧＰＲＳ的工业废气远程监测系统的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（６）：６８－７５．作者简介：韩文征（１９９４ ），硕士研究生，主要研究领域为电力系统及其自动化㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：５４２０８０１４３＠ｑｑ．ｃｏｍ姚晓东（１９６９ ），硕士生导师，主要研究方向为智能控制㊁物联网㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１５９０５８１４３３３２＠１６３．ｃｏｍ（上接第４９页）表１㊀测试数据标定流量值／（ｍ３㊃ｈ－１）标准仪表测得值／（ｍ３㊃ｈ－１）涡街流量计测得值／（ｍ３㊃ｈ－１）偏差／（ｍ３㊃ｈ－１）平均相对误差／％３３．０１３．０２０．０２３．０１３．０３０．０３３．０１３．０２０．０２０．７８５５．０２５．０３０．０３５．０１５．０２０．０２５．０１５．０４０．０４０．６８８．０４８．０７０．０７８．０５８．０５０．０５８．０４８．０５０．０５０．７１１２１２．０８１２．１００．１１２．０７１２．０８０．０８１２．０７１２．０９０．０９０．７５１６１６．１０１６．１２０．１２１６．１０１６．１３０．１３１６．１０１６．１００．１００．７３５㊀结束语本文设计了一种高精度的涡街流量计，其创新点就是采用温度传感器和压力传感器来采集管道内待测流体的温度㊁压力值，再利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式补偿待测液体的密度，来提高系统的测量精度；为了解决低流速时系统测量精度低的缺点，利用ＦＦＴ变换算法对低流速时传感器输出的信号进行处理，解析出低流速时的涡街频率㊂实际测试结果表明，系统能有效地测出待测管道中的液体流量，且测量精度高，误差小于１％㊂参考文献：［１］㊀刘建军．基于ＵＳＢ总线的低功耗数字涡街流量计手操器研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１１．［２］㊀刘子夫，冯兆宇，任泓．涡街流量计选型及使用中的特殊性［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０１７，３７（Ｓ１）：１－３．［３］㊀许伟，徐科军，汪春畅，等．基于恒定磁场的数字式电磁涡街流量计［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１８，３２（３）：６７－６９．［４］㊀章圣意，黄咏梅．基于耦合随机共振的涡街信号检测方法研究［Ｊ］．自动化仪表，２０１８，６２（７）：４５－４８．［５］㊀郝松．基于数字陷波技术的涡街流量计抗管道振动的试验研究［Ｊ］．计量技术，２０１８，６１（４）：２３－２５．［６］㊀舒张平．面向特殊需求的涡街流量计关键技术研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１７．［７］㊀杜克奎．基于ＡＲＭ的多参数自适应气体涡街流量计的设计［Ｄ］．天津：天津工业大学，２０１６．［８］㊀刘伟炜．标定介质对流量计仪表系数的影响［Ｊ］．电子测试，２０１８，２５（Ｓ１）：３３－３６．［９］㊀汪春畅，徐科军，许伟，等．电磁式涡街流量计测量含气导电液体流量研究［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１８，３２（１）：７１－７３．［１０］㊀赵作霏．基于三轴加速度计的涡街抗振研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１６．［１１］㊀杜鹏．涡街流量计涡脱频率的数值模拟［Ｄ］．秦皇岛：东北石油大学，２０１５．［１２］㊀彭能，李斌，曹毅杰，等．大口径涡街流量计漩涡频率检测仿真的研究［Ｊ］．工业控制计算机，２０１７，３０（８）：６７－６９．作者简介：李庆勇（１９８１ ），硕士，工程师，主要研究方向为计算机技术，网络管理，安全管理，资产管理，大型设备管理，实验室管理㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｑｉｎｇｙｏｎｇ１９８１０１＠１６３．ｃｏｍ王洪君（１９６３ ），博士，教授，主要研究方向为嵌入式系统应用，集成电路设计，数字信号处理，计算机网络，微机原理，单片机原理及应用等㊂。
基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计(over)
自动化与仪表２００７（１）仪器仪表装置基于ＭＳＰ４３０的超低功耗电容式涡街流量计文章编号：１００１－９９４４（２００７）０１－００２１－０３汤剑，李昌禧，李跃忠（华中科技大学控制科学与工程系，武汉４３００７４）摘要：介绍了超低功耗智能电容式涡街流量计的硬件组成、软件设计和实验测试结果。
系统以１６位超低功耗单片机ＭＳＰ４３０为核心，采用新型环路供电ＤＡＣ芯片ＡＤ４２１与ＨＡＲＴ专用调制解调芯片ＨＴ２０Ｃ１５，实现了现场测量实时显示以及与ＨＡＲＴ设备通信等功能。
试验结果表明，该系统测量精度高，抗干扰能力强，功耗低，方便易用，降低了使用成本。
关键词：涡街流量计；超低功耗；环路供电；ＨＡＲＴ协议中图分类号：ＴＰ２７４．５文献标志码：ＢＵＬＰＳｍａｒｔＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＶｏｒｔｅｘＦｌｏｗｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ＴＡＮＧＪｉａｎ，ＬＩＣｈａｎｇ－ｘｉ，ＬＩＹｕｅ－ｚｈｏｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｗｐｏｗｅｒ（ＵＬＰ）ｃａｐａｃｉ－ｔａｎｃｅｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｒｅｄｏｎ１６ｂｉｔＵＬＰＳＣＭＭＳＰ４３０，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＨＡＲＴｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｎｅｗｔｙｐｅＤＡＣＡＤ４２１ｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｌｏｏｐ－ｐｏｗｅｒｅｄａｎｄｓｐｅｃｉａｌＨＡＲＴｍｏｄｕｌａｔｏｒ－ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒＨＴ２０Ｃ１５．Ｔｅｓｔｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈｅｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒｈａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｏｗｅｒ，ｌｏｗｃｏｎｓｕｍｅｄｐｏｗｅｒａｎｄｃｏｎ－ｖｅｎｉｅｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｃｏｓｔｉｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒ；ｕｌｔｒａ－ｌｏｗｐｏｗｅｒ（ＵＬＰ）；ｌｏｏｐ－ｐｏｗｅｒｅｄ；ＨＡＲＴｐｒｏｔｏｃｏｌ收稿日期：２００６－０６－１６；修订日期：２００７－０１－１０作者简介：汤剑（１９８２－），男，硕士研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置；李昌禧（１９４７－），男，华中科技大学控制科学与工程系测控技术与系统研究所所长，博士生导师，主要研究方向为检测技术和智能仪表、测控管一体化技术、机电一体化技术。
智能涡街流量积算仪的超低功耗设计
ＨＵ Ｈ ａ —ｅ ｇ ｕｎｐｎ ，ＵＵ Ｇ ｎ —ｉ ｇ Ａ Ｌａ ｇ ｏｇｑ ｎ ，Ｍ ｉ ａ ｎ
（ ｉ ｎｊ ｎ ｒｖ ｃ ｌ ｃｄｍ ｆ ｕ ｅｖ ｉ ｎ ｎｐｃｉ ｏ Ｅｅｔ ｎｃＰｏ ｕｔ， ｒｉ ５００ Ｃ ｉａ Ｈｅｏｇｉ ｇＰ ｏｉ ｉ Ａ ａｅ ｙｏ Ｓ ｐｒｉｏ ａｄＩｓｅｔ ｎｆｒ ｌ ｒ ｉ ｒｄ ｃｓＨａｂｎ １０９ ， ｈ ） ｌ ａ ｎａ ｓｎ ｏ ｃｏ ｎ
０ 引 言
单 片机 的应 用 日趋 普 及 ， 在 很 多应 用 领 域 中 但 对单 片机 的功 率消 耗却 有严格 的要求 。它们 依赖 于 电池 供 电 ， 或者 虽然 是用 市 电供 电 ， 仍然 希望 能尽 但 量降低 系统 的功 耗 。例 如 ， 池供 电 的便 携 式单 片 电 机检 测设 备 ， 随身佩 戴 的 医疗 仪器 ， 作于 野外 的 自 工 动化 仪表变 送器 ， 期 连续 工 作 的监 控 系 统 等 。因 长 此 ， 片机 系统 的低 功 耗 设 计是 系统 绿色 化设 计 的 单
（ 黑龙江省 电子信息产品监督检验 院，哈尔滨 １０９ ） ５００
摘
要 ：通 过 对现有 流量 计及 单 片机 在 流 量检 测 仪 表 中 的应 用现 状 的分 析 ，结 合 流 量 计 的发 展
趋 势 ，设计 了一种 先进 的智能 涡街 流量 计 ，它 能现 场 显 示测 试 结果 （ 包括 瞬 时流 量 、 累计 流量 、
智能涡街流量计的技术参数
智能涡街流量计的技术参数一、简介智能涡街流量计是一种常用的流量检测设备，可用于液体、气体等介质的流量测量，适用于石化、化工、食品、制药、水泥等领域的流量测量。
本文将介绍该设备的主要技术参数。
二、基本技术参数1.流量范围：0.5m³/h-1.5×10³m³/h2.精度等级：0.5级、1级、1.5级、2级3.重复性：0.1%4.量程比：1:10、1:15、1:20、1:25、1:40、1:50、1:80、1:1005.公称通径：DN15-DN2000mm6.工作温度：-40℃-+200℃7.工作压力：0-6.4MPa8.输出信号：4-20mA、±10mA、±5V、HART通讯等9.电源电压：24VDC、220VAC等10.防护等级：IP65、IP67、IP68等三、进一步技术参数1.转子类型：普通转子、双积分转子、噪声低转子等2.应用介质：水、油、气体等3.材质：不锈钢、钛、合金等4.安装形式：法兰、法兰夹、插入式等5.补偿范围：温度补偿、压力补偿等6.线性度：±0.5%、±0.2%7.流体密度范围：0.5g/cm³～5.0g/cm³四、应用领域智能涡街流量计被广泛应用于石化、化工、食品、制药、水泥等行业的流量计量、调节、采集、控制等领域。
在液态介质的流量检测中，智能涡街流量计是一种可靠、准确、简便的流量检测仪器，因此，在工业自动化领域中应用越来越广泛。
五、结论本文介绍了智能涡街流量计的主要技术参数，包括流量范围、精度等级、工作温度、工作压力等。
在实际使用中，根据不同的应用环境和需求，选择适合的涡街流量计是非常重要的。
低功耗涡街流量计的硬件设计
［ 关键词 ］ 多功能低 功耗 ； 量计 ； 次流量 ； 量显 示 ； Ｐ ３Ｆ ４ 流 二 测 ＭＳ４ ０４ ９ ［ 中图分 类号 ］Ｈ８５ ［ Ｔ ６ 文献标 志码 ］ ［ Ａ 文章编 号 ］６３— ０２ ２ １ ）４— ０ ３— １７ ８ １ （０２ ０ ０ ３ ０ ４
涡街流量计 主要用 于工业 管道 介质 流体 的流 能、 缩小外 形 、 方便 移动 和降低 功 耗 的原 则 ． 涡街
种先进 、 理想 的流量仪表 ． 流量计 主要 由信 Ｊ该
号 处 理 电路 、 能 电 路 、 晶接 口电 路 、 讯 电 功 液 通
路、 电源电路 ５部 分 构 成 ， 涡街 流量 计 硬 件 电路
具体 如 图 １所示 ．
超低 功耗单 片机 、 超低功耗 高集 成度 电子 器件 、 超 低 功耗 Ｌ Ｄ 液 晶显示 器 、 Ｃ 超低 功 耗 电源 电路 和信
稳 定性 高 的特点 ． 当流 过管道 的气体 或 液 体经 过 该 流量计 的流量传 感器 后 ， 感 器将 流 量信 号 转 传
换 成 电压信 号经过 放 大处理 后 送 给单 片机 处 理 ，
并 进行 温度 补 偿 ． 表 采 用 压 电应 力 式 传 感 器 ， 仪
可 靠性 高 ， 可在 一 ０℃ ～＋２ ０℃ 的工作 温度 范 ２ ５ 围 内工 作 ． 模 拟 标 准 信 号 ， 有 数 字 脉 冲信 号 有 也
功耗苛 刻要求 的 同时 ， 实 现各 种 复杂 参数 的测 要 量 ， 需要考 虑控 制 测量 芯 片 的功耗 影 响 和 芯片 就 的性价 比， 同时还 需 要选 择 合适 的高性 价 比的大 容量 电池． 功耗 涡 街流 量计 就 是针 对 这 一具 体 低
现实 问题 而 设计 的． 由于 采 用 ４～ ０ ｍ ２ Ａ输 出方
微功耗智能涡街流量仪表的设计
ｅ ； ｌｒｌ ｗ ｏ ｒ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｒ ｕ ｔａ ｏ ｐ ｗｅ ； ｎ ｅｌ ｅ ｔ ｉ
流量信号检测。 ③微功 耗设计 ， 实现 用锂 电池对 仪表 供 电， 节 ４ ３ ６Ｖ锂 电池可连续工作一年以上。 ． ③ 利用 ＰＣ ６ ８７单 片机 的 Ｐ Ｉ１Ｆ７ ＷＭ 功 能 实 现流 量 所对应的频率输出， 并设计有 Ｒ ４５通讯接 口 Ｓ８ ⑤ 由于涡街流量仪表常用 于石油 、 化工等行业 的 易燃、 易爆场合 ， 故仪表的设计具有防爆性能 。 １２ 涡街流 量仪 表硬 件框 图 ． 该涡街流量仪表 的系统硬件结构框 图如 图 １ 所 示， 主要组成部分包括 ： 流量传感器 、 电荷放大器、 低通
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微 功耗 智 能涡街流 量仪表 的设 计
７
文章编号 ： ０ ８２ （０ ２ ０ — ０７— ３ １ ０— ８９ ２０ ）２ ００ ０ ０
微 功 耗 智 能涡 街 流量 仪 表 的设 计
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｔ ｌｗ ｏ ｒＩｔ ｌｇ ｎ ｒ ｘ Ｆｏ Ｍｅ ｅ ｓｇ ｆＵｌａ ｏ Ｐ ｗｅ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔＶｏ ｔ ｌｗ ｔ ｒ ｒ ｉ ｅ
基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计
摘 要 ： 绍 了超 低 功 耗 智 能 电容 式 涡街 流 量计 的硬 件 组 成 、 件 设计 和 实验 测 试 结 果 。 系 介 软 统 以 １ 超 低 功 耗 单 片机 Ｍ Ｐ ３ ６位 Ｓ ４０为核 心 ， 用 新 型环 路 供 电 Ｄ Ｃ 芯 片 Ａ ４ １与 Ｈ Ｒ 采 Ａ Ｄ２ Ａ Ｔ
维普资讯
立章编号 ：０１ ９ຫໍສະໝຸດ ０７ １ ０ １ ３ １０ － ４（ ０） － ２－ ９ ２ ００ ０
基 于 ＭＳＰ ３ ４ ０的超 低 功耗 电容 式 涡街 流 量计
汤 剑 ， 昌禧 ， 李 李跃 忠
（ 中科 技 大 学 控 制 科 学 与 ７程 系 ， 华 － 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
街 流量 计与 其它 涡街 流量计 相 比 ， 具有 灵敏度 高 、 耐 热 性强 、 抗震 性强 等优 点 ， 因而在 工业企 业 中得 到 了
广 泛 的应用 。
不仅保证了精度与通信， 而且降低 了使用成本 ， 符合
超低 功耗 这一新 的仪表 发展 方 向。
１ 原 理 简 介
电容式 涡街 流量计 由传 感器 和转换 器两 部分组
专用调制解调芯片 Ｈ ２ Ｃ ５ 实现 了现场测量 实时显示以厦与 Ｈ Ｒ Ｔ ０ １。 Ａ Ｔ设备 通信等功能 。试
验 结 果 表 明 ， 系统 测 量精 度 高 ， 干扰 能力 强 ， 耗 低 。 便 易 用 ， 该 抗 功 方 降低 了使 用成 本 。 关键词 ： 涡街 流 量 计 ； 低 功 耗 ； 路 供 电 ；Ａ Ｔ协 议 超 环 ＨＲ 中 图分 类 号 ： Ｐ ７ ， Ｔ ２４ ５ 文献 标 志码 ： Ｂ
（ ｐ ｒ ｎ ｆ Ｃ ｎｒｌ ｃｅ ｃ ｓ ｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｗｕ ａ ４ ０ ７ Ｄｅ ａｔ ｔｏ ｏ ｔ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ ｎ ｉｅ ｒ ｇ， ａ ｈ ｎ ｉｅｓｔ ｆ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ ３ ０ ４， ｍｅ ｏ ｉ ｙ
基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计
基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计
汤剑;李昌禧;李跃忠
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2007(22)1
【摘要】介绍了超低功耗智能电容式涡街流量计的硬件组成、软件设计和实验测试结果.系统以16位超低功耗单片机MSP430为核心,采用新型环路供电DAC芯片AD421与HART专用调制解调芯片HT20C15,实现了现场测量实时显示以及与HART设备通信等功能.试验结果表明,该系统测量精度高,抗干扰能力强,功耗低,方便易用,降低了使用成本.
【总页数】3页(P21-23)
【作者】汤剑;李昌禧;李跃忠
【作者单位】华中科技大学,控制科学与工程系,武汉,430074;华中科技大学,控制科学与工程系,武汉,430074;华中科技大学,控制科学与工程系,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于MSP430型单片机的智能涡街流量计转换电路的设计 [J], 谢立平;朴兴哲
2.基于MSP430的低功耗涡街流量计 [J], 陈荣保;王谊
3.基于MSP430的智能就地显示涡街流量计 [J], 潘健;肖国玲
4.基于MSP430的数字涡街流量计的实验研究 [J], 李巧真;李刚;娈世伟
5.基于MSP430的移动式高精度涡街流量计的设计 [J], 李庆勇;王洪君
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智能气体涡轮流量计的硬件组成
智能气体涡轮流量计的硬件组成
智能气体涡轮流量计的硬件主要由控制部分和显示两部分组成，其所用单片机主要由低功耗、低电压、高性能的8位单片机设计而成，被广泛应用于工业生产的计量中。
东北智能气体涡轮流量计的硬件组成，智能气体涡轮流量计所用单片机是低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内有1个4K字节的Flash可编程和可擦除只读存储器，采用高密度非易失性存储器技术，其输出引脚和指令系统与单片机兼容。
存储流量用的存储器是带有2K字节Flash的可电擦除、可编程只读存储器。
单片机的。
RXD 口和TXD口分别与它的SCI．和SDA相连，进行读写操作。
智能气体涡轮流量计在测量时，用1个1s的硬件复位电路接到。
RE-SET端，使单片机定时复位。
单片机以省电模式工作，每次输入、累计、显示处理后等待唤醒，工作功耗非常小。
设置补偿系数时，复位脚正常连接。
东北智能气体涡轮流量计的结构组成，智能气体涡轮流量计和转换器共同组成涡街流量计。
智能气体涡轮流量计包括旋涡发生体、检测元件、仪表表体等；和配合的转换器包括前置放大器、滤波整形电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。
近年来智能式智能气体涡轮流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块也装在转换器内,极大地提高了智能气体涡轮流量计的信号分析能力和数据处理能力。
对智能气体涡轮流量计输出信号的快速分析处理，可以有效过滤干扰，降低智能气体涡轮流量计流量测量下限。
智能气体涡轮流量计的控制部分对流量信号进行处理，得到累积流量和瞬时流量的显示数据，而显示部分将显示数据送到液晶显示屏，这二部分通过插座连接。
超低功耗智能涡街流量计的硬件设计
超低功耗智能涡街流量计的硬件设计姜波【期刊名称】《信息技术》【年(卷),期】2011(000)005【摘要】智能涡街流量计系统由涡街传感器、温度传感器、压力传感器、液晶显示模块、主控制器等几个部分组成.主控制器使用单片机对各个传感器的信号进行采集、分析、计算,并进行补偿,得到所需数据,再将各种数据送到液晶显示器显示.本文重点论述了主控制器的硬件实现.在设计中,采用了耗电少的MSP430F149单片机,各部分采用微功耗设计,并引入日历时钟,将日历时钟和流体的流量结合在一起,便于流量数据的查询.%The intelligent vortex flow meter is consisted of vortex sensor, temperature sensor, pressure sensor, LCD module and master controller, etc. A single-chip micro computer is used as the master controller to collect, analyze, compute and compensate the signals of all sensors, and gets the needed data, then displays all data via the LCD. The paper mainly describes the realization of hardware of the master controller. In the hardware designing, the system takes use of the lower power-consuming MSP430F149 single-chip micro computer, combined with micro-work consuming design of other parts. A real time clock application, which is combined with the flow of liquid, makes inquiry the flow data conveniently.【总页数】3页(P179-181)【作者】姜波【作者单位】黑龙江省电子信息产品监督检验院,哈尔滨,150090【正文语种】中文【中图分类】TH814【相关文献】1.涡街流量计信号处理系统采用MSP430的单片机硬件设计 [J], 杜芳2.智能涡街流量计的客户化标校 [J], 宋晓友3.低功耗涡街流量计的硬件设计 [J], 李勤;4.基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计 [J], 汤剑;李昌禧;李跃忠5.低功耗涡街流量计的硬件设计 [J], 李勤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
涡轮流量计的单片机软硬件系统设计(软件部分)
Keyword: SCM
sensor turbine flowmeter
4
南京工程学院毕业设计说明书（论文）
目录
前 言 .................................................................................................................................................. ................................................................................................................... 8
设计背景........................................................................................................................... 8 1.1.1 LWGQ 型流量计的概述 ........................................................................................... 8 1.1.2 单片机的简介(brief introduction) ............................................................................ 9 1.1.3 单片机的发展历史(history of development) ......................................................... 9 1.1.4 单片机的特点（feature） .................................................................................... 10 1.1.5 单片机的应用(adhibition) ...................................................................................... 11
涡街流量计的设计和优化
涡街流量计的设计和优化涡街流量计是一种非常实用的流量计量仪器，它可以用来测量液体和气体的流量，被广泛应用于化工、石油、制药、食品、航空、航天等各个领域。
在实际应用中，涡街流量计的精度和稳定性对于产品的质量和生产效率的提升非常重要。
因此，设计和优化涡街流量计是非常关键的。
首先，涡街流量计应该考虑的两个关键问题是灵敏度和精度。
灵敏度是涡街流量计探头对流体流量变化的响应能力，而精度则取决于流量计探头的设计和制造工艺。
为了获得更好的灵敏度和精度，设计者通常会调整涡街流量计的探头几何尺寸、材料以及工艺参数等。
涡街流量计探头几何尺寸的设计对其灵敏度和精度起着至关重要的作用。
通常来说，涡街流量计探头的内部几何尺寸是设计的重点，因为它显著影响到流体通过传感器时的压力波动和涡街的结构变化。
因此，设计探头的几何形状应该尽可能符合流体动力学原理，以实现最佳灵敏度和精度。
在探头材料方面，设计者应该选择能够防腐蚀和磨损的材料，以确保涡街流量计的长期稳定性。
除了几何尺寸和材料之外，涡街流量计的制造工艺也对其性能有着重要的影响。
涡街流量计的制造过程包括探头的组装、加工和校正等步骤。
在组装过程中，设计者需要确保各个组件的配合度和安装位置的精度，以尽可能减少仪器的漏失和误差。
在加工过程中，需要采用高精度的机床和加工工艺，以保证涡街流量计探头的高度一致性和良好的表面质量。
在校正过程中，设计者需要借助电子计量计、真空（压力）泵等仪器进行定点校正，以获得更准确的流量测量结果。
在涡街流量计的优化中，设计者还需注意其性能的可重复性和动态响应特性。
可重复性是指在不同操作状态下，涡街流量计的测量结果应该是基本相同的，而动态响应特性则体现流量计对流体流动变化的响应能力。
当涡街流量计工作在高速流动状态时，动态响应特性的优化尤为关键，以确保流量计可以准确地测量流体的瞬时流量。
总之，涡街流量计的设计和优化需要综合考虑多个因素，包括几何尺寸、材料、制造工艺和响应特性等。
超低功耗高精度涡街流量计[实用新型专利]
![超低功耗高精度涡街流量计[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8819dfd3376baf1ffd4fadc5.png)
专利名称：超低功耗高精度涡街流量计专利类型：实用新型专利
发明人：潘健,肖国玲
申请号：CN201120127170.8
申请日：20110422
公开号：CN202092682U
公开日：
20111228
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种流量仪表，特别是涉及一种超低功耗高精度涡街流量计，其中电源电路分别连接差动运放电路、二阶低通有源滤波电路、比较电路、MSP430单片机控制电路以及LCD显示电路；涡街流量传感器输出信号与差动运放电路V1、V2引脚相连，差动运放电路与二阶低通有源滤波电路相连，二阶低通有源滤波电路与比较电路相连，比较电路与MSP430单片机控制电路P4.1脚相连；本实用新型优点是，整个流量计电路在两节干电池的供电下工作，能连续工作1年以上，适用于无供电系统区域，降低了使用成本；系统进行全数字量处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高，整机测量精度在±1％以内。
申请人：无锡职业技术学院
地址：214121 江苏省无锡市高浪西路1600号
国籍：CN
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涡街流量计技术
产品开发技术要求书
一、涡街流量计及附件
产品规格和数量
1、测量范围 50～600m3/d3只
2、测量范围 20～200m3/d2只
3、数据转储线USB接口2根
4、配套软件：能够绘出流量测试曲线。
产品技术要求
1、流量计
量程： 50～600m3/d 误差±2%
20～200m3/d 误差±2%
耐温： 0～125℃
耐压： 0～60MPa
外形尺寸：φ43mm×780mm
流量计最长工作时间： 7天
采样间隔： 1秒至60分钟
最大采样点数： 3.2万点（流量1万点，温度1万点，预留压力1万点）
流量计流体方向为侧面进从中心孔出，具体设计方案出来后，由买方确定后再做；
二、验封仪技术要求书
1)压力测量范围：0－35MPa ；
2)温度范围：－20～120℃
3)压力精度：0.2％
4)压力分辩率：0.1%
5)年飘移：0.2%
6)敏感元件类型：溅射
7)关键尺寸：扣型：M32×1.5；长度：300mm；外径：43mm仪器工作方
式：非在线存储式，存储器分离
8)电池类型：150℃RAA14505—T/T，3.6V
9)电池寿命：100小时或1，000，000组数据
10)存储器寿命：大于50次有效测量记录
11)通讯接口：RS—232，USB
12)壳体材料：304
13)软件环境：WINDOWS XP+OFFICE2003。
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数 据 寄 存 器 命 令 解 释 器 与 控 制 逻 辑
电源 阀值 设 定
看 门狗 时 基
｛
／ｓ ｃ
号 。设 置定 时器 Ａ（ ｉ ｒＡ） Ｔｍｅ— 的控 制 寄 存 器 的 值 ，
所示 。
止 逻
看 门狗
／ Ｅ Ｅ ＲＳＴ
在设计 中 ， 利用 ＭＳ４０ １９单 片 机 的定 时器 Ｐ３ Ｆ４
Ｂ Ｔｍ ｒＢ 产生 预 置时 间 Ｔ ， Ｐ ．／ Ｂ （ ｉｅ ） ＿ 由 ４ ０ Ｔ ０口输 出 给 同步 门 Ｄ触 发 器 ，Ｙ 号 作 Ｄ触 发 器 的时 钟 信 ．信 厂
ＪＡＮＧ Ｂ Ｉ ｏ
（ ｉ ｎｊ ｎ ｒｖ ｃ ｌ ｔｏｉ Ｈｅｏｇｉ ｇＰ ｏｉ ｅＥｅ ｒｎｃ＆ Ｉｆｒ ｔ ｎＰｏ ｕｔ Ｓ ｐ ｒｉｏ ｓｅｔ ｎＩｓｔｔ， ａｂｎ１０９ ，ｈｎ ） ｌ ａ ｎ ｃ ｎｏｍａ ｏ ｒｄｃ ｕ ｅｖｓ ｎＩ ｐｃ ｏ ｔｕｅＨ ｒｉ ５ ３ Ｃ ｉ ｉ ｓ ｉ ｎ ｉ ｎｉ ０ ａ
ｍａ ｔｒ ｃ ｎ ｏ ｌｒ Ｉ ｔ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｉｎ ｎ ｓｅ ｏ ｔ ｌｅ ． ｎ ｈｅ ａ ｄ ｒ ｄ ｓｇ ｉ ｇ， ｔ ｅ ｙ ｔｍ ｔｋ ｓ ｓ ｏ ｔ ｌｗｅ ｐ ｗｅ —ｏ ｓ ｍｉ ｇ ｒ ｈ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｕ ｅ ｆ ｈｅ ｏ ｒ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｎ
ｌ 系统 的硬 件组 成
如 图 １所示 ， 系统硬件 由以下 几部 分组成 ： 涡街 传感 器 、 度 传感 器 、 力传 感 器 、 机 （ 主控 制 温 压 主 即 器 ） 液晶显 示器 、 、 功能 设定 按 钮 、 储 器 扩展 、 时 存 实
时钟 和通 讯 接 口。涡街 传 感 器 负责 流 量 信 号 的 采
Ｋｅ ｒ ｓ： ｖ ｒｅ ｏ ｍｅｅ ； ｕ ｔａ ｌｗ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｘ ｆ ｗ ｔ ｒ ｔ ｌ ｌ —ｏ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ； ｉｔｌｉｅ ｃ ｒ ｎ ｅｌｇ ｎ ｅ；ｓｎ ｌ — ｈ ｐ ｍｉｒ ｏ ｕ ｅ ｉ ｇｅ ｃ ｉ ｃ ｏ ｃ ｍｐ ｔ ｒ
ＭＳ ４ ０Ｆ１ ９ ｓｎ ｌ — ｈ ｐ ｍｉｒ ｏ ｕ ｅ ，ｃ ｍｂｉ ｄ ｗｉ ｃ ｏ ｗｏ ｋ ｃ ｎ ｕ ｎ ｅ ｉｎ ｏ ｔｅ ｒｓ Ｐ３ ４ ｉ ｇｅ ｃ ｉ ｃｏ ｃ ｍｐ ｔｒ ｏ ｎｅ ｔ ｍｉｒ — ｒ ｏ ｓ ｍｉ ｇ ｄ ｓｇ ｆｏｈ ｒｐａ ．Ａ ｈ ｔ
实现 。在设 计 中，采用 了耗 电少的 ＭＳ ４ ０ １９单片机 ，各部 分采 用微功耗 设计 ，并 引入 日历 时 Ｐ ３ Ｆ４ 钟 ，将 日历 时钟和 流体的 流量结合 在一起 ，便 于流 量数据 的 查询。
关键词 ：涡街 流量计 ；超低 功耗 ；智能 ；单 片机
Ｈａ ｄ ｒ ｗａ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ｕ ｔ ａ ｌ ｗ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｐ ｉ ｎ ｒ ｅ ｉ ｎ ｏ ｌｒ —ｏ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍ ｔｏ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｏ ｔ ｘ ｆｏ ｍ ｅ ｅ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｖ ｒ ｅ ｗ ｔ ｒ ｉ ｌ
，
参考 ， 保持 和 自动 扫 描模 式 ， 采样 两个 １ ６位 的定 时 器均 带有 ７个捕 获／ 比较 寄存 器 ， Ａ Ｊ Ｇ在 线 编 程标 Ｔ 准 接 口， 个 通 用 同 步 和 异 步 串 口 ， 部 具 有 两 内 ６ｋ ２６ 的 Ｆ Ａ Ｈ 寄存器 ，ｋ数 据存储 器 ， ０Ｂ＋ ５ Ｂ ＬＳ ２ 内部
图 １ 智 能 涡 街 流量 计 硬 件结 构 原 理
２ 系统 的硬 件 设 计
在涡街 流量计 中 ， 片机系统是 它 的核心部分 。 单
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０—１ ２一ｌ Ｏ
示 器 上 ， 便 于 读 取 数 据 。 数 据 存 储 器 采 用 以 ＥＰ Ｏ Ｒ Ｍ以 保 证 数 据 不 因 断 电 而 丢 失 ， 时 通 过 同
数 控晶振 （ Ｃ 允许 单 片 机在 ６ｚ 时 间里 由低 Ｄ Ｏ） ｔ ｓ的 为计数器 Ｂ的计 数相 对误差 。
选择 比较成熟 的具 有可编 程看 门狗 的 ＥＰ Ｏ Ｒ Ｍ 存储 器 Ｘ ５４ 。它是 ＸＣ Ｒ公 司 的单 片机 监控 芯 ２０ ３ ＩＯ
片 。它把 四种 常用 的功 能 ： 电复 位 、 门 狗 定 时 上 看 器、 电压监 控 和串行 功 能 Ｅ Ｐ Ｏ 组合 在单 个 封 装 Ｒ Ｍ
摘
要 ：智 能涡街 流量计 系统 由涡街 传 感 器 、温度 传 感 器 、压 力 传感 器 、液 晶显 示模 块 、 主控
制 器等 几个部分组 成 。主控 制 器使 用 单 片机 对 各 个传 感 器 的信 号 进行 采 集 、分析 、计 算 ，并 进
行补 偿 ，得 到所 需数据 ，再将各 种 数据 送 到 液 晶 显 示器 显 示 。本 文重 点论 述 了主控 制 器 的硬 件
成寄 存 器 和 常 量 发 生 器 来 获 得 最 大 代 码 效 率 。 ＭＳ４０的 ｌ Ｐ３ ６位定 时器是应 用于工 业控制 如纹 波计
数器 、 数字化电机控制 、 电表和手持式仪表等 的理想 配 置 。它 的硬 件乘 法器大大 加强 了其功能并 提供 了
软硬件 相兼容 的范 围 ， 提高 了数 据处理 的能力 。 Ｍ Ｐ ３Ｆ４ 单 片机 工作在 １ ｚ Ｓ４ ０ １９ 时钟 条 件下 ， ＭＨ 最大工 作 电流 仅有 ３０ｚ 具 有 ５种低 功 耗 工作 模 ５１ ， Ａ； 式 ， 不 同 的 工 作 模 式 下 ， 作 电 流 可 下 降 到 在 工
集， 压力 、 温度传 感 器负 责 流体 压 力 、 度信 号 的 采 温
集， 主控 制器则 接收 由以上传感 器发 出 的信 号 ， 进 并
行放大 、 整形 ， 后送 到 单 片机 进 行处 理 ， 过 软 件 然 通 将 流体 的流量计 算 出来 ， 各种 结 果显 示 在 液 晶显 将
Ｒ ４ ５通讯接 口与上位机 或其它 用户设 备进 行 数据 Ｓ８
通讯
作者简介 ：姜波（９ ８一） 女 ， １６ ， 工程硕 士， 现从事 电子信 息产品的检 验 １作 。 ｜
一
】９— ７
一
方 面它要对前 置放 大器送来 的脉 冲频率信 号进行
过计 算 即可得 到流量 值 。
计数 ； 一方 面它还 要对 测 量数 据 进行 数 据 处 理 以 另
功耗模 式变 为唤 醒 模 式 ，８个 ＩＯ端 口， ４ ／ 每一 个 都
可 以独立控制 ， １和 Ｐ Ｐ ２端 口还 可 以选 择 中断 的沿 触 发模 式 ， 一个 看 门狗 定 时 器 防止 程 序 跑 飞 ，６位 １ 的硬 件乘法 器可 以方便快速 地实现 ８ ，１ ，６ ６的 ８８６ １１ 乘 法运算 。 （） １ 多周 期准 同步法频率 测量
ｒ ａ ｉ ｅ ｃｏ ｋ ａ ｐ ｉａｉｎ， ｗｈ ｃ ｉ ｏ ｂｎｅ ｔ ｈ ｆ ｗ ｆｌｑ ｉ ｅ ｌｔ ｌ ｃ ｐ ｌ ｔｏ ｍ ｃ ｉｈ ｓ ｃ ｍ ｉ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｌ ｈ ｏ ｏ ｉ ｕ ｄ， ｍ ａ ｅ ｉｑ ｒ ｅ ｌ ｗ ａａ ｋ ｓ ｎ ｕｉｙ ｔ ｆ ｈ ｏ ｄ ｔ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｌ ． ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｙ
２ １ 年第５ ０１ 期
中 图分 类 号 ：Ｈ １ Ｔ ８４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０９— ５ ２ ２ １ ） ５— １９— ３ １０ ２５ （０ １ ０ ０７ ０
超 低 功 耗 智 能 涡 街 流 量 计 的 硬 件 设 计
姜 波
（ 黑龙江省 电子信息产品监督 检验 院 ，哈尔滨 １０９ ） ５０ ０
之 内 。这种 组合 降低 了系统成本 并减少 了对 电路板
空 间 的要求 。这一 款 Ｅ Ｐ Ｏ 为 Ｃ Ｓ工艺 ， 态 Ｒ Ｍ ＭＯ 静 功耗 小于 １ １ 低功 耗工作 ， ０． ｚ Ａ， 电源为 ２ ７～５ ５ ． ． Ｖ供 电， 集成 可 编程 看 门狗 ，１ 节存 储器 ，Ｏ万次 重 ５ ２字 １
０ １Ｌ ７ ￣ ＭＳ ４ ０ １９单 片 机 之 所 以 具 有 这 ． Ａ～ ０ｚ Ｌ Ａ。 Ｐ ３ Ｆ ４ 样 的特性是 因为它 特殊 的硬 件结构 。 ＭＳ４ ０ １９是 ｌ Ｐ３Ｆ ４ ６位总 线 结构 ， 个 指 令周 期 一 仅有 １ ５ ｓ １ 的快速 Ａ Ｄ转 换器 带 有 内部 电压 ２ ｎ ，２位 ／
ｄｔ ａａ，ｔ ｅ ｉｐ ａ ｓ ａｌ ｄ ｔ ｉ ｈ ＣＤ．Ｔｈ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ｒｂｅ ｈ ｅ ｌ ａｉ ｎ ｏ ａ ｄ ｒ ｆｔ ｅ ｈ ｎ ｄ ｓ ｌｙ ｌ ａａ ｖ ａ ｔ ｅ Ｌ ｅ ｐ ｐ ｒｍａ ｎ ｙ ｄｅ ｃ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒａ ｉ ｔ ｆｈ ｒ ｗａ ｅ ｏ ｚ ｏ ｈ
根据涡街 流量 传感 器 的原 理 ， 涡分 离 频率 与 漩
流 量之 间存在 一定 的关 系 ， 因此要 测 流量 就 必 须测 量频 率 。 多周期 测频是 在 测周 的基 础 上 ， 在信 号 的多个