【正文】 w that the transmitter can better plete measurement task, results are accurate, the measurement circuit clear, the system low power consumption, reliable operation. Improve the measurement accuracy has very good prospects for development.Key Words：Flowmeter；differential pressure； the absolute pressure；temperature； low power consumption目 錄摘 要 iAbstract ii第一章 引 言 1 1 3 4 4 5 第二章 一體化變送器框架設(shè)計(jì)及其選型 6 6 6 9 第三章 一體化流量變送器的硬件設(shè)計(jì) 11 硬件設(shè)計(jì)環(huán)境簡介 11 PROTEL設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展概況及特點(diǎn) 11 PROTEL99的使用方法 11 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 HART信號傳輸模塊設(shè)計(jì) 21 測量電路設(shè)計(jì) 23 絕壓信號的絕壓信號的測量 23 差壓信號的測量 24 27 總結(jié) 28 第四章 總結(jié)與展望 29 參 考 文 獻(xiàn) 30 致 謝 31 第一章 引 言21世紀(jì)是一個信息化的時代，以信息科學(xué)、材料工程和生物技術(shù)為主要支柱的技術(shù)革新正在不斷地推動著人類社會由工業(yè)化向信息化發(fā)展。各種流量儀表，有著各種不同的測量原理和結(jié)構(gòu)特征，其使用方法也各不一樣。在天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計(jì)量引起了人們的特別關(guān)注，因?yàn)樵谔烊粴獾牟杉?、處理、儲存、運(yùn)輸和分配過程中，需要數(shù)以萬計(jì)的流量計(jì)，其中有些流量計(jì)涉及到的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對測量準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。在國防建設(shè)上，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，對流量計(jì)量提出了相當(dāng)高的要求。如果能源利用率能提高l%，其經(jīng)濟(jì)效益將非?？捎^。差壓式流量計(jì)在氣體的流動管道上裝有一個節(jié)流裝置，其內(nèi)裝有一個孔板，中心開有一個圓孔，其孔徑比管道內(nèi)徑小，在孔板前燃?xì)夥€(wěn)定的向前流動，氣體流過孔板時由于孔徑變小，截面積收縮，使穩(wěn)定流動狀態(tài)被打亂，因而流速將發(fā)生變化，速度加快，氣體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產(chǎn)生壓力降落，即差壓（孔板前截面大的地方壓力大，通過孔板截面小的地方壓力?。２顗菏搅髁坑?jì)的檢測件按其作用原理可分為：節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。差壓式流量計(jì)是應(yīng)用歷史悠久，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富成熟，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完善（均速管除外），品種規(guī)格齊全的一類流量計(jì)，二十世紀(jì)50年代以前它可能是唯一的天然氣流量計(jì)。根據(jù)這些動態(tài)的工藝條件，并將有關(guān)的節(jié)流裝置參數(shù)、被測介質(zhì)物理特性參數(shù)輸入變送器后，變送器電子部件的內(nèi)置軟件計(jì)算出質(zhì)量流量或體積流量。20世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。在流量測量領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，只需一臺流量積算儀就可以順利地完成所有工作。為達(dá)到測量的目的，一種能將感應(yīng)物理量(一般為非電量)按照相應(yīng)的關(guān)系轉(zhuǎn)換后輸出另一個種物理量(一般為電量)的裝置，稱為傳感器。（1）類型選用的依據(jù)首先應(yīng)根據(jù)測量對象來選擇，如水位選用壓力傳感器，而測流量時則選用差壓傳感器。原因是其特點(diǎn)為：體積小，精度高，動態(tài)響應(yīng)好，工作穩(wěn)定。熱敏電阻在較窄的溫度范圍內(nèi)檢測靈敏度較高，在微小溫度差的測量方面極其有用，但輸出值的線性度差，檢測時需要線性補(bǔ)償。鉑是一種貴金屬，易于提純，物理和化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定，耐氧化，并在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)都非常穩(wěn)定，因而有極好的重復(fù)性。具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個看門狗、6路P口、兩路USART通信端口、一個比較器、一個DCO內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8M 的時鐘。12位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC12，具有高速、通用的特點(diǎn)。特別的是Pl和P2具有中斷能力，每一引腳都可以單獨(dú)選擇中斷，都可以單獨(dú)選擇中斷觸發(fā)沿、單獨(dú)允許中斷，可用于對外部事件的中斷處理。硬件乘法器，它的運(yùn)行獨(dú)立于CPU，也不需要特殊的指令。 Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展概況及特點(diǎn)Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)足一套建立在IBM兼容PC環(huán)境下的EDA電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它具備優(yōu)越的混合信號l路仿真和精確的信號完整性分析功能，其良好的兼容性與可靠性被越來越多的電子線路設(shè)計(jì)人員所認(rèn)同。Protel 99的文件管理方式 Protel 99之前的Protel軟件，繪制原理圖和印版圖，是由不同的軟件來完成。雙擊“Document”，打開Document文件夾，看到這個文件夾下面空空如也。需要注意的是：Protel 99的庫文件同樣是存在于數(shù)據(jù)庫文件中，Protel 99添加庫文件實(shí)際上就是添加數(shù)據(jù)庫文件，而每個數(shù)據(jù)庫文件中都包括若干個庫文件。新建原理圖文件、印版圖庫文件的方法和新建原理圖、印版圖的方法基本相同。DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。圖 復(fù)位電路(3)JTAG接口MSP430單片機(jī)內(nèi)部集成模塊，通過JTAG接口下載程序到Flash內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運(yùn)行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲器內(nèi)容等信息。該設(shè)計(jì)選用的MSP430F149單片機(jī)內(nèi)置12位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12，這樣可以直接將單片機(jī)的刀D輸入通道與傳感器的模擬電壓輸出通道相連接。配置有8路外部通道與4路內(nèi)部通道；本設(shè)計(jì)應(yīng)用ADC采樣來讀取溫度、壓力、流量測量的電信號，進(jìn)行相應(yīng)處理后送入430單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算。同時由于現(xiàn)場儀表對本質(zhì)安全防爆的需要，器件本身的爆炸能量應(yīng)該盡可能的少，LCD正好符合其需要。液晶材料是有機(jī)高分子合成材料，具有極高的純度。試驗(yàn)中，倘若對LCD中各點(diǎn)采用隔一點(diǎn)亮的方式功耗最大，因此，在應(yīng)用編程的時候，應(yīng)該注意這一點(diǎn)，避免功耗增大，使系統(tǒng)處于非正常工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)中采用AD公司的AD421。采用Ev DAC結(jié)構(gòu)，數(shù)字接口為標(biāo)準(zhǔn)HART協(xié)議(二線) 或其他FSK協(xié)議，DAC為16位分辨率，單極性輸出。16位Ev DAC 經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器輸出的一串位流控制切換的電流源，然后經(jīng)阻容濾波器，送給電流放大器進(jìn)行精密放大，從而保證輸入數(shù)字量與對應(yīng)電流的單調(diào)性[9]。總結(jié)，目前就實(shí)驗(yàn)情況來看，在不跑程序的情況下，純粹的電氣通電。當(dāng)關(guān)閉INA322具有靜態(tài)電流小于1μA以下。CAN404 是一個用于處理電容式傳感器信號的轉(zhuǎn)換接口集成電路，它同時具有信號采集（電容數(shù)值變化）和轉(zhuǎn)換的功能。比較這二個不同的電壓振幅就可以知道二個電容CX1 和CX2 的相對電容變化。 VOUT=VLPOUTVM （34） 其實(shí)，只要調(diào)整其中一個電阻就可得到： VOUT=0 （35）當(dāng)電容值變化達(dá)到最大時 CX2 = CX1?(1 + CX)，（在電容式接近傳感器中是指存在試驗(yàn)物體），輸出差分信號也最大，并且能通通過低濾波器放大。在本設(shè)計(jì)中，采用了恒流源供電的三線制方式，這樣就很好的解決了上面所提到的問題。本課題的主要涉及內(nèi)容如下：1. 首先講述了流量測量的意義、差壓流量計(jì)的基本測量原理、一體化流量變送器的發(fā)展過程與現(xiàn)狀以及流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用引出差壓、絕壓、及溫度測量的原因。洛瓦吉, 格里高里在此我向他們表示深深地感謝。在課題的研究過程中，李老師給予了極大的關(guān)心和幫助，并提出許多寶貴意見，使得課題進(jìn)展順利。這段時間里，李老師在悉心指導(dǎo)我從事課題研究的同時，還教會了我進(jìn)行科學(xué)研究的方法。維克倫德,等. 使用雙發(fā)送器的差壓測量配置[P]. 中國專利: G01L19/00, 19960918.[19] 任清晨, 毛春波, 薛衛(wèi)東. 帶有儲能容器的節(jié)流差壓測量裝置[P]. 中國專利: G01L13/06,19881123.[20] 唐慧, 陳信琦, 李長春,等. 差壓/絕壓/溫度三參數(shù)單片集成傳感器芯片及其制備方法[P]. 中國專利: B81B7/02, 20070606.[21] Paasschens J C J, Harmsma S, and van der Toorn R. Dependence of Thermal Resistance on Ambient and ActualTemperature[C]. In:Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology, 2004. Proceedings of the 2004 Meeting. 2004:9699.[22] 陳海瑜. 影響自控系統(tǒng)控制質(zhì)量的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)[J]. 自動化儀表,2006,20(02).致 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿地完成，與我周圍的人有著很大的關(guān)系。通過理論分析、電路設(shè)計(jì)，該變送器能較好的完成測量任務(wù)，結(jié)果準(zhǔn)確，測量電路明確，系統(tǒng)功耗低，運(yùn)行可靠。主要針對低功耗、高精度的測量的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)輸出電壓VLPOUTmax 最大時，最大輸出電流應(yīng)調(diào)到 ICC ,max= （38）當(dāng)輸出電壓VLPOUT,min 最小時，最小輸出電流應(yīng)大于系統(tǒng)供電所需的電流值，也即： ICC,min= （39）Namur輸出的傳遞函數(shù)是通過電阻RM和電壓VSET 調(diào)節(jié)。在 Namur 標(biāo)準(zhǔn)輸出時，外接地Ground 是通過電阻RM 和RI 才到集成電路的內(nèi)接地（管腳6GND）。C＋85176。圖 絕壓信號測量電路 差壓信號的測量差壓信號值是整個系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，正確選擇和安裝差壓傳感器在決定流量測量精度上起著一個非常重要的作用。為了便于CPU采集信號，使用了超低功耗儀表放大器INA322，對采集差分信號進(jìn)行放大處理，并通過運(yùn)放將差分絕壓信號轉(zhuǎn)化成對地電壓信號，以便CPU采集模塊的直接采集。數(shù)字信號可通過串口與CPU通信。電壓調(diào)整器從電流環(huán)路中獲取電流，并給AD421及其他器件提供電流，LV端連接的改變使放大器增益改變，從而改變VCC腳的電壓。AD421以其良好的性能而取得了廣泛的應(yīng)用。本課題設(shè)計(jì)的基于一體化變送器模擬信號輸出采用420mA電流輸出，就是將儀表的流量值轉(zhuǎn)化為電流值，無流量時，輸出4mA電流，滿量程時對應(yīng)20mA電流輸出，0毫安則表示供電故障或信號中斷。因此從降低成本，減少系統(tǒng)復(fù)雜程度考慮選用點(diǎn)陣式液晶顯示器。所以，被動顯示更適合于人眼觀察，不易引起疲勞。一般情況下，它和液體一樣可以流動，但在不同方向上它的光學(xué)特性不同，顯示出類似于晶體的性質(zhì)。ADC12可關(guān)斷內(nèi)核，支持超低功耗應(yīng)用；有多種時鐘源可提供給ADC12模塊，而且模塊本身內(nèi)置時鐘發(fā)生器；軟件方法是利用使用軟件延時程序。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭：“分一合”過程中引起的抖動而影響復(fù)位。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。圖 DS1302的引腳圖DS1302的引腳排列，其中Vcc1為后備電源，VCC2