電遠傳型金屬管浮子流量計主控單元選型

      根據前面章節的介紹，可以確定電遠傳系統的功能：利用磁阻傳感器檢測外磁鋼的角位移，利用溫度傳感器檢測環境溫度，利用 Pt1000 測量被測介質溫度，利用 HT30 測量被測介質壓力，由主控單元進行 A/D 采樣、軟件算法處理、PWM波輸出、液晶顯示等，通過通訊接口實現下位機設置和流量計的標定。此外，系統還應增加掉電保護電路以提高可靠性。所以在硬件資源方面，主控單元應具有的模塊有 AD 采集模塊以實現對傳感器放大信號的采集，定時器以實現 PWM 波的輸出，通訊模塊以實現上下位機的通信，Flash 模塊以實現對儀表參數累計流量等的存儲，大量的 I/O 端口以實現主控單元與外部模塊進行信息交換等。 考慮到本課題有兩種設計方案—電遠傳方案和低功耗方案，而低功耗方案采用的是 3.6V 的電池供電，為降低設計的復雜度，主控單元的電源電壓設計為3.3V。另外考慮到低功耗方案的功耗很低—目標為 1m A，主控單元要具有低功耗功能。 

 

      目前市場上滿足一般設計要求的單片機很多，但是真正能夠實現低功耗功能的單片機很少，經過長期的對比與研究，本課題才非常終選擇了美國 TI 公司的MSP430 系列超低功耗單片機[。

 

該系列單片機的主要特點有：

      1.  強大的處理能力，主系統時鐘為 8MHz 時，指令周期僅為 125  ns；

      2.  超低功耗，因其具有靈活可控系統運行時鐘，系統共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4），其中在等待模式下，耗電約 0.7μA；

      3．工業級的產品。工業級產品的穩定性好，適應性強，成本低等優點更有利于降低開發難度，縮短開發周期，節約科研成本等。 

 

4.2 電遠傳型金屬管浮子流量計主控單元硬件設計的總思路 

      本系統通過多級電壓轉換模塊，將外部提供的 24V 電源轉化為各個模塊所需的供電源；以 MSP430F1611 單片機為主控單元，協調各功能模塊實現流量信號的二次測量。圖 4-1  為以 MSP430F1611 為主控單元的硬件系統示意圖。

 

      系統的工作流程為：外接+24V 電源為精密電流變送器供電，使其正常工作，向外輸出+5V 的直流電源；該+5V 電源一方面給恒流源供電以保證恒流源正常工作，另一方面通過高精度的電壓轉換芯片將+5V 轉換為+3.3V，給單片機、液晶顯示模塊、上下位機通信模塊等供電。利用磁阻傳感器檢測外磁鋼的角位移，利用 Pt1000 測量流體溫度，利用 HT30 測量出流體壓力，將它們所輸出的弱電信號經運算放大器放大調理后，通過單片機的 ADC 模塊采樣，進入單片機內，經其計算處理后，直接通過液晶模塊，顯示當前的瞬時流量和累積流量，同時輸出一定占空比的 PWM 波，進而轉化為相應的 4~20mA 標準信號；通過 RS485 標準接口，根據擬定的通信協議實現對金屬管浮子流量計的在線標定，檢定和控制等功能；通過外擴看門狗模塊和掉電保護模塊提高系統的的穩定性。