一种优化的电磁流量计的全体设计方案剖析

电磁流量计作为一种精细的流量丈量外表，是经过一整套体系的相相互作而进行作业的，不只要考虑到硬件要素，也要对软件部分的作业作用进行点评与剖析，本文经过关于用户的实践需求及国内外电磁流量计励磁技能剖析研讨的的基础上，提出并完结了以沟通励磁作为电磁流量计的励磁办法、HART通讯接口等功用。特别是关于抗搅扰的功用提出了更为理想的解决办法。经过剖析了软硬件各种抗搅扰办法、用户的需求，运用先进的微处理器(ARM)与数字信号处理器(DSP)相结合的高功用、通用化的核算单元，以软件抗搅扰与硬件抗搅扰协同作业的办法，比较好地克服了传统工频沟通励磁办法下的各项搅扰，更在人性化、智能化、操作简便性和保护便利性的方面融入了红外遥控、WEB服务器接口等功用，完结了电磁流量计的最优化的规划计划。

　　
1.电磁流量计计划挑选
　　考虑到高端电磁流量计除满意流量结算、累积流量、空管检测等一般功用需求，还要有HART通讯、WEB服务器等功用，以及完结数字滤波算法的需求，所以本体系在电磁流量计转化器的中心结构上选用ARM+DSP办法，组成一个高功用的核算渠道。并因为双处理器板间通讯布线的约束以及通用性的要求，从而挑选了可编程逻辑器材，来完结ARM与DSP的串行转并行通讯。
　　选用ARM+DSP的结构能够完结多项并行使命和杂乱算法这两方面高端电磁流量计中心处理才能的需求；在通讯上，传统的一般选用通用的逻辑器材，这样功耗大，布线费事，抗搅扰性差，可完结的组合逻辑或时序逻辑功用简略，而选用杂乱可编程逻辑器材(CPLD)能够完结杂乱的时序逻辑，和复在的脉冲宣称功用，器材自身还具有在线调试功用，抗搅扰性强的特色，所以在ARM和DSP两颗中心处理器上的通讯上杂乱可编程逻辑器材成为首选。
　　
2.电磁流量计硬件结构规划
　　经过对电磁流量计的计划挑选，并归纳国内外电磁流量计产品的智能化、集成化、网络化的发展趋势，硬件体系结构如图所示。
　　硬件体系框图
　　电磁流量计的硬件子体系首要由双处理器模块、可编程逻辑器材模块、信号输入模块、励磁输出模块、信号输出模块、HART接口模块、WEB服务器接口模块、显现模块、调试接口模块、电源模块等组成。各模块的功用描绘如下：
　　双处理器中心模块：由ARM处理器、DSP处理器、Flash、SRAM、FRAM以及相关电路构成最小体系，一起软件体系的硬件渠道。
　　可编程逻辑器材模块：使用杂乱可编程逻辑器材(CPLD)完结ARM与DSP的串行转并行通讯，并发生4-20mA电流输出脉冲、流量积算脉冲。
　　信号输入模块：将传感器输出的电极弱信号、参阅信号以及反应的励磁信号进行扩大以及转化为数字量，以便送入数字信号处理器(DSP)进行软件滤波处理。
　　励磁输出模块：经过D/A转化器输出低幅值发生励磁信号，并经过功率扩大输出给传感器，励磁信号办法由DSP操控发生。
　　信号输出模块：由程序操控的4-20mA电流、流量积算脉冲输出，模仿输出电路得到简化。
　　HART接口模块：ARM的UART1接口作为与HART输出板的接口，以便完结与操控体系的接口。
　　WEB服务器接口模块：由10M以太网操控芯片构成，以便软件上完结用户的长途在线修正外表参数等功用。
　　显现模块：由51单片机、红外遥控接收器、OLED显现屏和按键组成，便利用户操作、调查流量信息。用户能够经过按键或红外遥控器进行体系参数设定，并有OLED显现屏显现瞬时流量、累积流量，一起为了满意不同语种的要求，本体系还能够显现英文界面。
　　调试接口模块：由JTAG接口和ISP接口组成。
　　电源模块：为整个体系供给多种等级的安稳牢靠的电源。
　
　3.电磁流量计软件功用规划
　　软件体系首要包含如下模块：信号采样模块、体系监控模块、体系算法完结模块、人际交互模块、芯片间的通讯程序模块和数字滤波模块。
　　3.1信号收集模块
　　信号收集模块完结对电极信号、参阅信号、励磁电压信号、励磁电流信号的收集功用，在体系完结上，它是经过数字信号处理器(DSP)的中止来承受A/D转化器收集的数据，本体系选用了高精度的A/D转化器杂乱可编程逻辑器材，此A/D芯片能够收集六路信息，它与DSP芯片直接相连，相互间的接口为DSP的多通道缓冲串行接口(McBSP)，要想完结数据的实时收集，必须先初始化A/D转化器，体系中是经过DSP中止程序1来完结给A/D送操控字，DSP中止程序2来收集需求的六路数据。
　　3.2体系监控模块
　　体系监控模块首要包含体系自确诊模块、体系功用检测模块、体系过错报警模块和体系日志模块。
　　体系自确诊模块完结对体系作业状况的确诊，判别体系作业是否正常，体系是否处于反常状况，依据不同的现象给出对应的犯错报警。
　　体系功用检测模块完结体系可完结功用检测，检测的功用包含体系的显现、体系瞬时流量的仿真输出、体系的电流输出、体系的脉冲输出、被测流体的流向、数据存储器材FRAM、空管检测、绝缘检测、各参数的手动或主动调整，体系报警设置、累计流量复位。
　　体系过错报警模块完结体系因为反常事情而引起体系作业不正常，流量超越规则规模等给出犯错报警。
　　体系日志模块完结体系作业情况的记载，如体系掉电次数、DSP复位记载、犯错次数记载和犯错内容、报警次数和报警内容。体系作业的励磁频率，体系的作业上下限，体系已完结的累计流量历史记载。这是添加体系与用户友爱交互的一个功用。
　　3.3体系算法完结模块
　　体系算法完结模块完结体系进行的算法，包含瞬时流量的核算、累计流量的核算、励磁系数的调整、电流输出的核算、脉冲输出的核算、体系作业零点调理算法、体系电气零点调理算法、体系标定系数调理算法、体系正负满量程调理算法、瞬时流量标明办法转化算法等。
　　3.4人机交互模块
　　人机交互模块包含显现模块、按键检测模块和外部触发处理模块。
　　显现模块完结被测流体流向的显现、瞬时流量多种标明办法的显现、累计流量多种标明办法的显现、励磁系数扩大增益的显现、电极数值的显现、参阅数值的显现、体系菜单的显现、体系过错报警的显现等20多种显现信息。
　　按键检测模块完结按键被按下后所代表的数值，告诉体系进行相应的操作。
　　外部触发处理模块完结外部触发按钮的呼应使命，本体系规划的外部触发按钮首要是外部芯片复位、外部调零、外部累计流量复位。
　　3.5芯片间数据通讯模块
　　数据通讯模块完结ARM微处理器将DSP程序下载到DSP芯片的内部RAM中，以及ARM微处理器和DSP数字信号处理器之间数据的交流。本通讯模块是建立在DSP芯片内部具有的主机接口部件之上的，经过对它的编程规划来完结ARM微处理器和DSP实时数据传输。
　　3.6数字滤波模块
　　数字滤波模块完结对由A/D收集过来数据的数字滤波。本模块十分重要，它是在模仿滤波器无法消除各项搅扰信号的基础上提出来的，它滤波作用的好坏直接影响到体系的零点安稳性、体系的精度要求。为了消除因为工频正弦波励磁而引起的体系零点不安稳，咱们经过对很多现场数据的研讨和剖析，得出在某一频段规模内，工业现场周围环境对体系零点的影响简直不存在，因而，咱们提出了用本段频率作为正弦波的励磁频率，经过所规划的数字滤波器将其它搅扰信号除掉后，体系内一切数据均以此为基准，完结整个体系的零点安稳，高精度的要求。
　　
4.定论
实验室和现场用户级测验标明，该体系具有杰出的抗搅扰才能以及安稳性，对固液两相难测流体如砂浆、矿浆等具有杰出的使用作用，流量输出晃动等首要技能指标有显着优势。