基于DSP的數(shù)字式科氏質(zhì)量流量變送器

　　脈沖輸出4～20mA輸出

　　工業(yè)標(biāo)定時(shí)，要求變送器能夠輸出代表流量的脈沖信號(hào)，并且實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，要求變送器有標(biāo)準(zhǔn)的模擬輸出，一般是4～20mA電流信號(hào)。

　　系統(tǒng)軟件方案

　　系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括初始化、算法、中斷、人機(jī)接口、測(cè)量結(jié)果輸出、FRAM、看門狗等模塊，這些模塊由主監(jiān)控程序統(tǒng)一調(diào)用，如圖2所示。

　　主監(jiān)控程序

　　主監(jiān)控程序負(fù)責(zé)整個(gè)軟件系統(tǒng)各模塊子程序的調(diào)度。系統(tǒng)上電后，主監(jiān)控程序調(diào)用各模塊初始化子程序，初始化完畢后，開啟AD轉(zhuǎn)換，采集傳感器信號(hào)，確定濾波器參數(shù);之后便進(jìn)入不斷調(diào)用算法、計(jì)算流量、控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的循環(huán)中，其中還包含調(diào)用LCD顯示、鍵盤處理子程序、SCI上傳數(shù)據(jù)以及輸出相應(yīng)電流和脈沖信號(hào)。

　　初始化模塊

　　系統(tǒng)初始化負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘、片內(nèi)外設(shè)時(shí)鐘的配置，以及對(duì)看門狗模塊和中斷向量表的初始化;外設(shè)初始化包含對(duì)片內(nèi)、片外各設(shè)備模塊的初始化，片內(nèi)設(shè)備主要包含McSBP、DMA、XINTF、CPU定時(shí)器、ePWM、GPIO、SCI等，片外器件主要包含ADC、LCD、FRAM、等;算法初始化主要負(fù)責(zé)對(duì)全局變量、算法相關(guān)參數(shù)的初始化。

　　驅(qū)動(dòng)模塊

　　DSP內(nèi)部采用正負(fù)階躍交替激勵(lì)啟振法，結(jié)合非線性幅值控制算法[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器幅值的靈活控制，可以使傳感器快速啟振。非線性幅值控制算法能在傳感器信號(hào)很小時(shí)提供更大的增益控制信號(hào)，在兩相流/批料流情況下維持流量管的振動(dòng)。

　　中斷模塊

　　系統(tǒng)中斷主要包括AD、DMA、cputimer0、掉電保護(hù)中斷，其中AD、DMA中斷用于對(duì)AD采樣數(shù)據(jù)的讀取，cputimer0中斷用來實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的累加，而掉電保護(hù)中斷則是用于掉電時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)的保存。

　　算法模塊

　　算法模塊主要包含帶通濾波、格型自適應(yīng)算法、計(jì)及負(fù)頻率的DTFT算法。

　　數(shù)字帶通濾波器用來濾除工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多種噪聲，如隨機(jī)噪聲、工頻干擾、電機(jī)和管道振動(dòng)等引起的某一固定頻率干擾等。

　　采用格型自適應(yīng)算法估計(jì)信號(hào)的頻率。與直接型自適應(yīng)陷波濾波器相比，格型計(jì)算量大大降低，且參數(shù)少，通過調(diào)整相應(yīng)參數(shù)就能方便地跟蹤頻率的變化，且跟蹤速度快，跟蹤精度高[5]。

　　采用計(jì)及負(fù)頻率影響的DTFT算法計(jì)算信號(hào)相位差，DTFT算法可以在每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算出傅立葉系數(shù)，且收斂速度快，滿足科氏信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性;同時(shí)，因?yàn)榭紤]了負(fù)頻率的影響，所以提高了相位差的計(jì)算精度[2]。