電磁流量計是基于法拉第感應定律的應用，因其在使用中無壓力損失而被**應用于眾多的工業場合。電磁流量計轉換器是其重要組成部分,直接決定了電磁流量計的轉換精度。轉換器功能包括數據采集、顯示、計算、輸出、報警、故障診斷、自檢定及多段非線性補償、數據通訊功能等。現行的轉換器大多使用8位的單片機,較為復雜的算法就難以實現或響應時問過慢。本文設計的智能電磁流量計采用的是32位的ARM處理器,數據處理能力的提高使得采用復雜算法提高精度成為可能,低流速測量性能亦獲得較大改善,較傳統的轉換器設計有較為明顯的改進。 1、電磁流量計工作原理 電磁流量計的原理是利用法拉第電磁感應定律,推得流體的體積流量為: Q=Ue/BD*πD2/4B=πD/4B*Ue 式中Ue一感應電壓,V;B一磁感應強度,T;Dー管道內徑,m;Q**體體積流量,m3/s。 2、系統硬件設計 電磁流量計的轉換器是一個典型的數據采集處理系統,硬件上大致包含以下幾個部分:多路電源模塊、ARM處理器、勵磁模塊、信號采集與處理模塊、輸人輸出接口、通訊模塊等。 2.1勵磁模塊 轉換器的勵磁模塊本質上是由恒流源驅動一個H橋路。為了縮小體積、降低功耗并提高可靠性,本文利用1117ADJ電源芯片設計了一個恒流源,用來驅動集成橋路芯片D6202,從而避免了采用分立原件來設計勵磁電路,大大降低了設計難度。 1117ADJ是一個可調輸出電平的電源芯片,輸出的電流是由OUT管腳和ADJ管腳之間外接的電阻大小決定的,通過外接精密電阻,可以得到一個輸出恒定電流的恒流源。16202是一個H橋芯片,通常用于產生大電流高頻PWM信號。它能產生平整方波,完全符合低頻矩形波勵磁波形的要求。CPU控制16202的輸入邏輯電平,從而改變輸出波形,控制勵磁線圈的電流方向。勵磁信號頻率可由CPU輸出的控制信號頻率決定,可以很容易地通過軟件綿程加以修改,可適合各種實際應用的需要。 2.2信號采集與處理模塊 信號采集與處理模塊包括模擬信號前端處理與A/D轉換。模擬信號處理是高精度電磁流量計轉換器的基礎,也是獲得理想精度的關鍵。電磁流量計通過勵磁線圈對導電流體施加一個低頻交變磁場,導電流體在磁場中流動切割磁力線,從而產生感應電動勢。通過電極采集到的感應電動勢是一個微弱的交變信號,通常只有幾十微伏至幾毫伏,且信號內阻高,噪聲信號頻率與50Hz工頻相近,幅值遠遠大于待測信號,放大電路的設計難度很大!,需要設計高質量的信號處理電路將干擾濾除,才能達到儀表的設計精度。 2.3智能處理單元 本系統采用了 Philips公司的LPC2106作為主CPU,附加LCD顯示模塊、鍵盤輸人模塊、輸入輸出和通訊模塊等共同構成智能處理單元。 LPC2106是一款支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器,自帶128KB高速 Flash存儲器,采用3級流水線技術,取指、譯碼和執行同時進行,能夠并行處理指令,提高CPU運行速度。由于內含多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO,且無需外擴RAM,具有很小的尺寸和極低的功耗,非常適用于本系統的小型化要求。CPU通過SPI總線和A/D、D/A以及LCD控制芯片相互通訊,只需3根數據線和控制線即可擴展所有外圍器件,大大提高了系統的可靠性,減少了尺寸,降低了成本。此外,LPC2106還自帶PWM輸出,可直接用于輸出頻率信號和脈沖當量。 系統的通訊模塊包含RS-232接口和RS-485接口,用戶可以根據需要選擇相應的通訊方式,方便地與上位機進行通訊,并可組成多機總線,實現數據遠距離傳輸。4~20mA的輸出模塊選用了AD421芯片,可直接將數字信號轉換成電流信號輸出,并預留HART協議通訊接口。