作者：許 劍 盧建剛

        摘要：介紹了一種以MSP430F449單片機為核心的智能流量計。具體闡述了該流量計的工作原理、總體設(shè)計及硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計。該流量計適用于各種復(fù)雜環(huán)境，并可以和其他上下游設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)場流量測量的智能化和多功能化。

        關(guān)鍵詞：流量計 MSP430F449系列單片機 智能儀表

        隨著微型計算機技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，以微型計算機（單片機和嵌入式系統(tǒng)）取代傳統(tǒng)儀表的常規(guī)邏輯電子線路，開發(fā)新一代的具有某種智能的靈巧儀表，已成為儀表開發(fā)領(lǐng)域的新趨勢。MCU（微控制器或單片機）及嵌入式系統(tǒng)等的問世和性能的不斷改善，大大加快了儀器儀表微機化和智能化的進程。MCU本身具有體積小、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，用它們開發(fā)各類智能產(chǎn)品更具有周期短成本低等優(yōu)點，因此在計算機和儀表一體化設(shè)計中有著更大的優(yōu)越和潛力[1]。

        流量計是在線測量管道內(nèi)流體流量的先進儀表，在石油、化工、造紙、冶金等行業(yè)中有著普通的應(yīng)用，并不斷向智能化的方向發(fā)展。本文介紹的就是用MSP430F449單片機開發(fā)的新型智能流量計。其基本原理是：依靠部件旋轉(zhuǎn)，用光電編碼器或磁敏傳感器產(chǎn)生電脈沖信號，并送至由單片機構(gòu)成的流量計算裝置進行處理。本流量計采用智能儀表新技術(shù)以及電源供電系統(tǒng)與雙傳感器技術(shù)，使其能更適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。

        
        1 總體設(shè)計

        1.1 流量計總體功能簡介

        智能流量計組成框圖如圖1所示。該流量計共有三種輸入量，分別為模擬輸入量（4～20mA）、熱電阻（Pt1000）模擬輸入量以及用于流量計算的脈沖量。而流量計的輸出量有兩種，分別為脈沖量和模擬量（4～20mA）。通信接口采用RS485串行通信總線，流量計的輸出和數(shù)據(jù)通信僅在有外接電源時工作，無外接電源時不工作，并采用光電隔離。

        該流量計采用LCD和LED兩種方式進行數(shù)據(jù)顯示。其中LCD為字段型顯示，9位8段，字體高約20～30mm，有無外接電源均可正常工作。LED也為字段型顯示，8位8段，字體高約15mm，僅在有外接電源時工作。這里為流量計設(shè)計的鍵盤與LCD一起形成菜單方式的人機交互界面，可以手動輸入流量計測量所需的各項參數(shù)。

        為了精確計量，在流量計設(shè)計時還專門外接了DS1302實時時鐘芯片，以提供精確的時鐘來彌補MSP430系列單片機沒有實時時鐘模塊的缺陷。該實時時鐘芯片采用三線串行輸入/輸出的方式與單片機相聯(lián)，操作簡便，其連接電路如圖2所示。流量計在使用時需存儲部分參數(shù)，為此使用了帶I2C總線的EEPROM。另外本流量計還采用了雙電源，即采用外接電源（12V）和鋰電池（3.7V）供電。

        1.2 總體特點

        （1）自診斷及掉電保護

        為滿足野外工程需要和應(yīng)付突發(fā)的異常情況，本流量計采用了雙電源，即外接電源和鋰電池共用。通過在系統(tǒng)中設(shè)計一個外部中斷，使流量計自動進入不同的工作狀態(tài)。針對不同的供電狀況。設(shè)計了兩種流量傳感裝置（光電編碼器和磁敏供感器）。并且由于采用的是超低功耗的MSP430系列單片機并對系統(tǒng)進行了最小功耗設(shè)計，所以即使用鋰電池也可以長時間地進行準備的流量測量，保證了數(shù)據(jù)的不丟失。

        
        （2） 自動修正測量誤差

        在流量計中加入熱電阻進行溫度測量，同時依靠軟件進行溫度誤差修正。并可以通過手動輸入各種不同流體的參數(shù)，提高了流量計的自適應(yīng)能力以及和其它上游設(shè)備協(xié)同工作的能力。

        （3） 多點快速檢測

        能對多個參數(shù)進行快