基于無(wú)線通信的渦輪流量計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于MSP430系列超低功耗系列單片機(jī)的渦輪流量計(jì)，通過(guò)無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)主從控制器之間的數(shù)據(jù)和命令傳送，通信時(shí)采用了“主-從”的方案。從控制器將傳感器采集到的流量信號(hào)傳送給主控制器，主控制器發(fā)送命令控制從控制器的測(cè)量、閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)等動(dòng)作，主控制器通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)給控制室。流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)；CDMA；超低功耗；無(wú)線數(shù)傳

0 引言
流量測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中有非常重要的地位，流量測(cè)量?jī)x表的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的意義。渦輪流量計(jì)是流量測(cè)量?jī)x表中重要的儀表之一，該流量計(jì)具有測(cè)量范圍寬、重復(fù)性好、壓力損失小等特點(diǎn)，應(yīng)用于污水、化工、醫(yī)藥、造紙、食品等各個(gè)行業(yè)。
本文設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)以超低功耗單片機(jī)MSP430為核心，利用MSP430單片機(jī)的片內(nèi)定時(shí)器，捕捉渦輪傳感器由于液體流過(guò)時(shí)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成了對(duì)流量信號(hào)的測(cè)量，并且能夠通過(guò)設(shè)定閥門(mén)開(kāi)關(guān)的上下限后，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)作。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線模塊實(shí)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(hào)傳送給主控制器，主控制器發(fā)送命令控制從控制器的測(cè)量、閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)等動(dòng)作，使控制系統(tǒng)更加智能。

1 系統(tǒng)介紹
該渦輪流量計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)流量、累積流量的測(cè)量，而且還可以通過(guò)設(shè)定一定數(shù)值的流量來(lái)控制閥門(mén)的動(dòng)作。在設(shè)計(jì)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(mén)的動(dòng)作，另一方面也通過(guò)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(shí)也可以接收來(lái)自控制室的命令。而從處理器主要是控制傳感器模塊定時(shí)檢測(cè)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(lái)，才可以協(xié)調(diào)地控制傳感器檢測(cè)，閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)，無(wú)線模塊之間通信以及與控制室的上位機(jī)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(shí)，考慮到流量計(jì)應(yīng)用在工作現(xiàn)場(chǎng)的管道中，取換電池不方便，采用MSP430低功耗單片機(jī)作為其核心微處理器。充分應(yīng)用單片機(jī)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(gè)外接通信模塊，需要較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，選用了F149；從處理器需要的存儲(chǔ)空間相對(duì)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(xiǎn)的環(huán)境中使用。流體流經(jīng)儀表時(shí)，推動(dòng)表內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)葉輪與信號(hào)檢測(cè)器之間的磁耦合，將流體的流速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)輸出，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路放大整形后輸出給單片機(jī)，由定時(shí)器計(jì)數(shù)。流量和脈沖信號(hào)頻率的換算部分，均由軟件處理。
顯示部分選用的液晶型號(hào)是12232。它是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，帶中文字庫(kù)驅(qū)動(dòng)，背光可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)。LCD的第一行顯示的是4位瞬時(shí)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(gè)按鍵組成，以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的上下限，流量計(jì)各功能的設(shè)置及轉(zhuǎn)換。