基于無線通信的渦輪流量計

摘要：設(shè)計了一種基于MSP430系列超低功耗系列單片機的渦輪流量計，通過無線模塊實現(xiàn)主從控制器之間的數(shù)據(jù)和命令傳送，通信時采用了“主-從”的方案。從控制器將傳感器采集到的流量信號傳送給主控制器，主控制器發(fā)送命令控制從控制器的測量、閥門的開、關(guān)等動作，主控制器通過CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)給控制室。流量計結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、反應(yīng)靈敏、安裝維修方便，不需要鋪設(shè)通信電纜。
關(guān)鍵詞：渦輪流量計；CDMA；超低功耗；無線數(shù)傳

0 引言
流量測量在工業(yè)生產(chǎn)中有非常重要的地位，流量測量儀表的研究和開發(fā)應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的意義。渦輪流量計是流量測量儀表中重要的儀表之一，該流量計具有測量范圍寬、重復(fù)性好、壓力損失小等特點，應(yīng)用于污水、化工、醫(yī)藥、造紙、食品等各個行業(yè)。
本文設(shè)計的渦輪流量計以超低功耗單片機MSP430為核心，利用MSP430單片機的片內(nèi)定時器，捕捉渦輪傳感器由于液體流過時葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的脈沖信號，對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成了對流量信號的測量，并且能夠通過設(shè)定閥門開關(guān)的上下限后，系統(tǒng)通過對電機的控制驅(qū)動閥門的動作。同時，通過無線模塊實現(xiàn)主從控制器之間的數(shù)據(jù)和命令傳送，通信采用“主-從”方案，從控制器將傳感器采集到的流量信號傳送給主控制器，主控制器發(fā)送命令控制從控制器的測量、閥門的開、關(guān)等動作，使控制系統(tǒng)更加智能。

1 系統(tǒng)介紹
該渦輪流量計不僅可以實現(xiàn)對瞬時流量、累積流量的測量，而且還可以通過設(shè)定一定數(shù)值的流量來控制閥門的動作。在設(shè)計中，采用了主控制板和從控制板，主處理器的主要工作是發(fā)送命令控制從處理器中閥門的動作，另一方面也通過CDMA網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)距離的控制室進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，同時也可以接收來自控制室的命令。而從處理器主要是控制傳感器模塊定時檢測流量，在液晶上顯示并返回流量值給主處理器。只有主、從處理器結(jié)合起來，才可以協(xié)調(diào)地控制傳感器檢測，閥門的開或關(guān)，無線模塊之間通信以及與控制室的上位機的通信。系統(tǒng)的通信原理框圖如圖1所示。

在選用微處理器時，考慮到流量計應(yīng)用在工作現(xiàn)場的管道中，取換電池不方便，采用MSP430低功耗單片機作為其核心微處理器。充分應(yīng)用單片機的低功耗特性，采用休眠模式，降低用電量，可以減少換電池的次數(shù)。由于主控制器需要兩個外接通信模塊，需要較大的數(shù)據(jù)存儲空間，選用了F149；從處理器需要的存儲空間相對要小一些，選用的是F147。主從控制器原理框圖如圖2所示。
傳感器選用LWGY型防爆傳感器，可在有爆炸危險的環(huán)境中使用。流體流經(jīng)儀表時，推動表內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)，然后通過葉輪與信號檢測器之間的磁耦合，將流體的流速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號輸出，通過信號調(diào)理電路放大整形后輸出給單片機，由定時器計數(shù)。流量和脈沖信號頻率的換算部分，均由軟件處理。
顯示部分選用的液晶型號是12232。它是一種圖形點陣液晶顯示器，帶中文字庫驅(qū)動，背光可通過電位器調(diào)節(jié)。LCD的第一行顯示的是4位瞬時流量，第二行顯示的是8位累積流量。
主從控制器的菜單部分都由3個按鍵組成，以實現(xiàn)閥門的上下限，流量計各功能的設(shè)置及轉(zhuǎn)換。