罐車汽油流量計的硬件與程序設計介（jiè）紹
點擊次數（shù）：2264 發布時間：2021-01-19 16:01:25
摘（zhāi）要：罐車汽油流量計廣泛應（yīng）用於流量（liàng）測量領域（yù），本文針（zhēn）對罐車汽油流量計的特點設計了一種基於DSP智能罐車（chē）汽油流量計，它能（néng）夠實時（shí）采集脈衝信號，並顯示在液晶顯示屏上，同時還能通過RS485通信將數據遠傳至上位機。智能罐車汽（qì）油流量計內置（zhì）儀表係數修正算法，能（néng）夠消除流變（biàn）化（huà）導（dǎo）致儀表係數變化而產生的誤差。
罐車汽油流量計（jì）廣泛用於流量測量領域，具有安裝簡便（biàn）、精（jīng）度較高、能夠直接進行脈衝（chōng）輸出等（děng）特點，目前廣泛應用於（yú）工業及民用（yòng）的流（liú）量計量等裝置中。由（yóu）於罐（guàn）車汽油（yóu）流量計能夠直接輸出脈衝，且罐（guàn）車汽油流量計的儀表係數會隨流速的變化而變化，易於（yú）使智能儀表對其脈衝流量（liàng）信號進行現場處理（lǐ），如果（guǒ）智（zhì）能儀表不能實時對儀表（biǎo）係數（shù）進行（háng）修正，則需要對罐車汽油流量計進行標定（dìng），否則將產生較大測（cè）量誤（wù）差（chà）。
1罐（guàn）車汽油流量計功能概況
罐車汽油流量計屬於速度式流量測量計，其工作原理是在流體管道（dào）內安裝渦輪，利用流體（tǐ）流動時產生的推力使渦輪葉片轉動，渦輪的轉速（sù）和流體的流速將成正比例關係，同時（shí），安裝在計量儀（yí）表殼體的（de）電磁感應接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁場變（biàn）化而產生的脈衝，智能儀表收集到脈衝之後進（jìn）行濾波放大，即可通過簡單的比例關係計（jì）算出管道的實時流量。罐車汽油（yóu）流量計其內部機（jī）械機構見圖1。
智能儀（yí）表以DSP為處理器，它（tā）采集到渦輪流量傳感器傳送的脈衝信號後通過濾波放大後在處（chù）理器內進行（háng）運算，並將運算結果顯示在液晶屏（píng）上，同時還能夠（gòu）通過RS485通（tōng）信（xìn）向上位機（jī）遠傳流量信息。圖2為渦輪流量智能儀表的內部（bù）功能模塊結構圖。
2智能（néng）罐車汽油流量計的硬件（jiàn）設計
2.1渦輪脈衝輸入調理電路（lù）
由於渦輪流量傳感器產生的電脈衝信號有一定的噪（zào）聲信號，並（bìng）且電壓隻有幾十毫伏，所（suǒ）以在將信（xìn）號輸入到DSP處理器之前進行濾波、整形和放大。*82頁圖（tú）3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液晶顯示
液（yè）晶選擇12864點（diǎn）陣式液晶，它能（néng）夠（gòu）動態顯示（shì）各種圖形（xíng）、漢字以及各種符號信息（xī），為各（gè）種電子產品提供了友好的（de）人機界麵，點陣式圖形液晶顯示屏具有工作電壓低、功耗低（dī）、可視麵積大（dà）、體積小、無電磁幹擾、數字接口、使用壽（shòu）命長（zhǎng）等特點。圖4為液晶（jīng）顯示電路原理圖。
2.3RS485通信
RS485接（jiē）口組成半雙工網絡，選擇（zé）兩線（xiàn）製與上位機電腦相連，采用屏蔽雙絞線傳輸。通（tōng）信係統整體為（wéi）總線（xiàn）式結構，這樣1台上位機*多可以和現場32台智能儀表相連。采用MAX485芯片完成電壓（yā）轉換（huàn），圖5為RS485通信電（diàn）路原理圖。
2.4DSP微處理器（qì）
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力，具備32位浮（fú）點（diǎn）處理單元，6個直（zhí）接內存存取通道，支持（chí）EMIF，McBSP和ADC，配備總計18路PWM波輸出（chū）端口，其中有6路為專用超高精度的PWM輸出，12位16通（tōng）道（dào）模擬數字轉（zhuǎn）換單元。由於TMS320F28335具備浮點運算單（dān）元，用（yòng）戶可快速編寫控製（zhì）算法而無需在處理小數操作上耗費（fèi）過多時間和精力，與其他DSP相比，整（zhěng）體（tǐ）性能提高了一（yī）倍（bèi），並與定點C28x控（kòng）製器（qì）軟件兼容（róng），從而簡化了軟件開發，縮短了開發周期（qī），降低了開發成本。
3智（zhì）能罐車汽油（yóu）流量計的程序設計（jì）
3.1微（wēi）處理器功能程序設計（jì）
上電後程序（xù）對（duì）DSP的硬件資源進行初始化，包括中（zhōng）斷係統、GPIO口、定時器/計數器、通信端口（kǒu）及（jí）基本（běn）的時（shí）鍾設置。程序每秒對接收到的（de）脈衝進行計數，其除以（yǐ）儀（yí）表係（xì）數後的結果作為瞬時流量，同時在時間上對瞬時流量進行累積，計算出兩（liǎng）種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數據保存，**等待上位機電腦對數據的讀取。通信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數據位，1位停止位。圖6為微處理器功（gōng）能設計流（liú）程圖。
3.2流速修正算法（fǎ）
罐車（chē）汽油流（liú）量計中流（liú）速對儀表係數有著很大（dà）的影響，這部分誤（wù）差會*大（dà）影響*終計量的精確度，傳統的做法是當流速發生較大的持續變（biàn）化時，需對罐（guàn）車汽油流量計（jì）進（jìn）行重（chóng）新標定。針對這個問題，在不同流速下，測量了罐車汽油流（liú）量計的儀表係數（shù）（見（jiàn）表1）。
繼續增（zēng）大流量，儀表係數基本保（bǎo）持不變，故對0.4～1L/s內的數據進（jìn）行參數擬（nǐ）合，得到擬合函數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量，因變量為儀表係數。當流量介（jiè）於0.4～1L/s時，采用（yòng）式（1）進行計算；當（dāng）流量超過（guò）1.1L/s時，保持儀（yí）表係數（shù）恒為69.9。
4結論（lùn）
筆者設計一種基於DSP的（de）智能罐車汽油流量計，它能夠將渦輪流量傳感器的脈衝信號（hào）經過調理（lǐ）電路（lù）輸入到微處理器中，並在現場實時顯示經過（guò）係統修正（zhèng）的（de）瞬時流量和累（lèi）積流量，同時還可以將數據遠傳（chuán）至上位機。此（cǐ）智能罐車汽（qì）油流量計（jì）功能強大，測量精度（dù）高，有廣闊的應用前景。
罐車汽油流量計（jì）廣泛用於流量測量領域，具有安裝簡便（biàn）、精（jīng）度較高、能夠直接進行脈衝（chōng）輸出等（děng）特點，目前廣泛應用於（yú）工業及民用（yòng）的流（liú）量計量等裝置中。由（yóu）於罐（guàn）車汽油（yóu）流量計能夠直接輸出脈衝，且罐（guàn）車汽油流量計的儀表係數會隨流速的變化而變化，易於（yú）使智能儀表對其脈衝流量（liàng）信號進行現場處理（lǐ），如果（guǒ）智（zhì）能儀表不能實時對儀表（biǎo）係數（shù）進行（háng）修正，則需要對罐車汽油流量計進行標定（dìng），否則將產生較大測（cè）量誤（wù）差（chà）。
1罐（guàn）車汽油流量計功能概況
罐車汽油流量計屬於速度式流量測量計，其工作原理是在流體管道（dào）內安裝渦輪，利用流體（tǐ）流動時產生的推力使渦輪葉片轉動，渦輪的轉速（sù）和流體的流速將成正比例關係，同時（shí），安裝在計量儀（yí）表殼體的（de）電磁感應接收器實時接收由葉輪轉動引起的磁場變（biàn）化而產生的脈衝，智能儀表收集到脈衝之後進（jìn）行濾波放大，即可通過簡單的比例關係計（jì）算出管道的實時流量。罐車汽油（yóu）流量計其內部機（jī）械機構見圖1。
智能儀（yí）表以DSP為處理器，它（tā）采集到渦輪流量傳感器傳送的脈衝信號後通過濾波放大後在處（chù）理器內進行（háng）運算，並將運算結果顯示在液晶屏（píng）上，同時還能夠（gòu）通過RS485通（tōng）信（xìn）向上位機（jī）遠傳流量信息。圖2為渦輪流量智能儀表的內部（bù）功能模塊結構圖。
2智能（néng）罐車汽油流量計的硬件（jiàn）設計
2.1渦輪脈衝輸入調理電路（lù）
由於渦輪流量傳感器產生的電脈衝信號有一定的噪（zào）聲信號，並（bìng）且電壓隻有幾十毫伏，所（suǒ）以在將信（xìn）號輸入到DSP處理器之前進行濾波、整形和放大。*82頁圖（tú）3為渦輪脈衝輸入調理電路。
2.2液晶顯示
液（yè）晶選擇12864點（diǎn）陣式液晶，它能（néng）夠（gòu）動態顯示（shì）各種圖形（xíng）、漢字以及各種符號信息（xī），為各（gè）種電子產品提供了友好的（de）人機界麵，點陣式圖形液晶顯示屏具有工作電壓低、功耗低（dī）、可視麵積大（dà）、體積小、無電磁幹擾、數字接口、使用壽（shòu）命長（zhǎng）等特點。圖4為液晶（jīng）顯示電路原理圖。
2.3RS485通信
RS485接（jiē）口組成半雙工網絡，選擇（zé）兩線（xiàn）製與上位機電腦相連，采用屏蔽雙絞線傳輸。通（tōng）信係統整體為（wéi）總線（xiàn）式結構，這樣1台上位機*多可以和現場32台智能儀表相連。采用MAX485芯片完成電壓（yā）轉換（huàn），圖5為RS485通信電（diàn）路原理圖。
2.4DSP微處理器（qì）
TMS320F28335具有150MHz高速處理能力，具備32位浮（fú）點（diǎn）處理單元，6個直（zhí）接內存存取通道，支持（chí）EMIF，McBSP和ADC，配備總計18路PWM波輸出（chū）端口，其中有6路為專用超高精度的PWM輸出，12位16通（tōng）道（dào）模擬數字轉（zhuǎn）換單元。由於TMS320F28335具備浮點運算單（dān）元，用（yòng）戶可快速編寫控製（zhì）算法而無需在處理小數操作上耗費（fèi）過多時間和精力，與其他DSP相比，整（zhěng）體（tǐ）性能提高了一（yī）倍（bèi），並與定點C28x控（kòng）製器（qì）軟件兼容（róng），從而簡化了軟件開發，縮短了開發周期（qī），降低了開發成本。
3智（zhì）能罐車汽油（yóu）流量計的程序設計（jì）
3.1微（wēi）處理器功能程序設計（jì）
上電後程序（xù）對（duì）DSP的硬件資源進行初始化，包括中（zhōng）斷係統、GPIO口、定時器/計數器、通信端口（kǒu）及（jí）基本（běn）的時（shí）鍾設置。程序每秒對接收到的（de）脈衝進行計數，其除以（yǐ）儀（yí）表係（xì）數後的結果作為瞬時流量，同時在時間上對瞬時流量進行累積，計算出兩（liǎng）種流量後，將其實時顯示在液晶顯示屏上，同時將數據保存，**等待上位機電腦對數據的讀取。通信采用MODBUS協議，波特率為9600b/s，無校驗，8位數據位，1位停止位。圖6為微處理器功（gōng）能設計流（liú）程圖。
3.2流速修正算法（fǎ）
罐車（chē）汽油流（liú）量計中流（liú）速對儀表係數有著很大（dà）的影響，這部分誤（wù）差會*大（dà）影響*終計量的精確度，傳統的做法是當流速發生較大的持續變（biàn）化時，需對罐（guàn）車汽油流量計（jì）進（jìn）行重（chóng）新標定。針對這個問題，在不同流速下，測量了罐車汽油流（liú）量計的儀表係數（shù）（見（jiàn）表1）。
繼續增（zēng）大流量，儀表係數基本保（bǎo）持不變，故對0.4～1L/s內的數據進（jìn）行參數擬（nǐ）合，得到擬合函數
Y=5+52.16X+16.9X2-116.22X3+83.34X4.（1）
其中自變量為流量，因變量為儀表係數。當流量介（jiè）於0.4～1L/s時，采用（yòng）式（1）進行計算；當（dāng）流量超過（guò）1.1L/s時，保持儀（yí）表係數（shù）恒為69.9。
4結論（lùn）
筆者設計一種基於DSP的（de）智能罐車汽油流量計，它能夠將渦輪流量傳感器的脈衝信號（hào）經過調理（lǐ）電路（lù）輸入到微處理器中，並在現場實時顯示經過（guò）係統修正（zhèng）的（de）瞬時流量和累（lèi）積流量，同時還可以將數據遠傳（chuán）至上位機。此（cǐ）智能罐車汽（qì）油流量計（jì）功能強大，測量精度（dù）高，有廣闊的應用前景。
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