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以单片机为核心的低功耗,两线制数字涡街流量

发表时间:2019-11-26
1.本涡街流量计要解决的问题
为了解决涡街流量计在应用中存在的问题,比如受流场稳定性和均匀性影响大,易受外界振动噪声的干扰,量程下限受限等,国内外专家将数字信号处理方法和DSP(数字信号处理器)技术应用于涡街流量计,取得很好的效果。但是,以DSP芯片为处理器,电流消耗大,无法做到低功耗、实现两线制。而国内低功耗、两线制涡街流量计都是采用传统的信号处理方式,单片机仅用于计数和流量计算。但是,这样的涡街信号处理系统抗干扰能力差,精度低。
针对以上问题,设计了一套涡街流量计处理系统,在采用数字信号处理方法的同时,实现了低功耗。选用MSP430F1611单片机(以下简称F1611)为处理和控制核心,利用其低功耗特性和较强的处理能力,运行数字信号处理算法,与模拟带通滤波器组结合,实现在低功耗情况下对涡街信号的处理和滤波。即单片机做少点数的FFTr(快速傅里叶变换),进行功率谱分析频率校正,确定涡街信号的频率,作为带通滤波器通道选择的依据。针对涡街信号强度变化大的特点,系统由低功耗运放和数字电位器组成可变增益程控放大器,配合峰值检测电路,实现对涡街信号幅值的ZUI佳调整。系统采用模拟电路与数字电路分开供电的电源设计,并使用低成本的4~20mA环路电流变送器,结合F1611内部集成的DAC,实现两线制4~20mA电流输出。
 
2.低功耗,两线制数字涡街流量计的使用优点
了以MSP430单片机为核心的涡街流量计信号处理系统,采用数字频谱分析与模拟带通滤波相结合的方式,处理涡街流量传感器输出信号,与传统的涡街信号处理方法相比,引入了数字信号处理方法,在硬件上进行分段滤波,增强了系统的抗噪声能力,大大提高频率测量的精度。采用低功耗设计,使得整个系统在全速工作时对电流的消耗不超过4mA,满足工业现场两线制4~20mA电流传输要求;同时系统配有LCD和键盘,可将流量信息实时就地显示,系统参数可根据需要实时修改。经过实验和测试,频谱分析精度满足通道选择要求;峰值检测和放大倍数调整及时准确;系统功耗低,满足传输标准要求;系统抗噪能力强、测量精度高、输出稳定可靠。研究的涡街信号处理方式和研制的涡街流量计数字信号处理系统,成本低,具有良好是可推广性。
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