基于单片机的低功耗涡街流量变送器系统

涡街流量计可用于气体、液体和饱和蒸汽等流体的测量。涡街流量计具有量程比大、测量精度高、结构简单、生产成本低等优点。涡街流量计在实际应用过程中，由于管道机械振动等原因，输出信号中会叠加各种噪声，最终直接影响涡街流量计的测量精度。此外，当管道内流体为小雷诺数流量时，涡街流量计的测量性能也会变差。为了解决这些问题，需要开发和使用更为复杂的信号处理算法，但目前的低功耗涡街流量变送器系统的内存不够，无法将这些复杂的信号处理算法实时实现，若在其系统上直接外扩内存，则无法做到低功耗。因此，利用大容量内存单片机研制低功耗且能实现实时处理的涡街流量变送器系统是解决这一矛盾的关键所在。

（1）涡街流量变送器因为管道振动的干扰和小雷诺数流量的影响，测量性能下降，需要运行更为复杂信号处理算法。针对目前的涡街流量变送器系统的内存容量不够，无法低功耗、实时实现这类复杂算法的问题，研制了以66KB RAM大内存单片机MSP430F6459为核心的涡街流量变送器低功耗实时处理系统。

（2）在进行系统硬件电路的设计时，采用软件模拟SPI通信的方式实现单片机通用I/O口作为SPI通信接口使用，解决了单片机通信接口资源不够的问题，完成了涡街流量变送器难点电路———两线制电流输出与HART通信电路的设计。

（3）系统的软件部分采用模块化的方法设计，以主监控程序调用各个子模块程序的方法，实现各个子模块程序协调快速的运行。

（4）设计了系统功耗、涡街频率测量、系统反应时间、电流输出和HART通信测试的实验方案，并进行了测试，测试结果为：系统功耗为2.6930mA，满足两线制4～20mA电流传输要求，实现了系统低功耗; 研制的涡街流量变送器系统测量出的涡街频率与Matlab计算出的涡街频率的最大相对误差为0.4022%，确定研制的涡街流量变送器系统可以准确测量涡街频率; 系统反应时间小于300ms，满足涡街流量变送器系统的实时性要求; 电流输出电路的最大相对误差为0.0025%，满足电流输出电路的精度要求;HART通信模块能够正确解调和调制FSK信号，可以正常进行HART通信。

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