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基于MSP430F449的新型智能流量计的设计与开发

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2.4 流量变送器件的设计

本流量计采用双传感器来测量流量。用外接电源供电时采用光电编码器，而用锂电池供电时采用磁敏传感器。

2.4.1 光电编码器

本流量计采用增量式光电编码器，它是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。增量式光电编码器有A、B、Z三相脉冲信号输出，当正转时，A相脉冲超前B相脉冲90度(或1/4周期),当反转时，B相脉冲超前A相脉冲90度。通过一片GAL16V8将两路脉冲分检出来。但是光发射管和接收管对于锂电池供电的系统而言，功耗显得太大。

2.4.2 磁敏传感器

为在低功耗下使用流量传感装置，采用了ZP系列零功耗磁敏传感器。它是一种工作时无需外加电源的新型传感器，为双磁极交替触发工作方式。如图4所示，输出信号幅值与磁场的变化速度无关，可实现“零速”传感，使用寿命在20亿次以上，可以通过增加小磁体的数量来提高精度。

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ZP系列传感器输出信号电流很小，通过图5所示电路进行后级处理。输出脉冲信号通过74HC132进行整形后，被送入单片机进行计数。

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2.4.3 脉冲信号处理

光电编码器和磁敏传感器的信号输出端以及单片机的信号选择端(有外接电源时，选光电编码器，输出高电平,无外接电源时，采用锂电池供电，选磁敏传感器，输出低电平)均接到同一片74HC132上，进行信号整形及选择，然后信号输入到单片机进行计数。在MSP430系列单片机中定时器资源较为丰富。实际使用中采用具有定时/捕获功能的16位定时器TIMER_A3对脉冲计数。在MSP430F449中，定时器的输入时钟源有四种可以选择，这里采用外部引脚信号作为定时器的输入时钟源。定时器的工作模式同样有四种可以选择，这里采用连续计数模式。定时器为16位，最大可计65535个脉冲。

2.4.4 数据显示

LED显示采用MAX7219加8位共阴极LED。MAX7219为8位LED显示驱动器，采用三线串行输入/输出的方式与单片机相联。电路设计和调试非常方便[4]。

在MSP430F449中存在一个LCD驱动模块，驱动方式有静态、2MUX、3MUX、4MUX四种。LCD显示缓存器为20字节，在4MUX方式下，所有的显示缓存器位都用于段驱动，这时可以达到160段显示。这里只需将LCD的引脚与单片机的LCD输出引脚直接相连，简化了电路的设计。

3 软件设计

流量计对于温度变化很敏感，因此在智能流量计的软件设计中，应该对流量系数进行温度补偿。同一台流量计的流量系数并不是一个常数，与流体的温度有紧密的关系。

流体的瞬时流量可以表示为：

q=f/K

而K作为流量系数，可以通过下式获得：

K=PQ×T
T=1+(T1-T0)×PT

其中：

q——瞬时流量(m3/s)
f——每秒的脉冲数(脉冲数/s)
K——流量系数(脉冲数/m3)
T——温度补偿值
T1——当前温度(℃)
T0——温度截距(℃)
PT——温度系数(1/℃)
PQ——初始流量系数(脉冲数/m3)

上述参数中(T0，PT，PQ)可由按键输入。

本流量计主程序流程图如图6所示。在进入测量周期后(本文中定为5s)，首先自我诊断是否有外接电源，并进行相应的处理。然后计算周期内温度、读取流量的脉冲数、计算流量，并进行数据显示和通信。