电磁流量计是基于法拉第感应定律的应用，因其在使用中无压力损失而被**应用于众多的工业场合。电磁流量计转换器是其重要组成部分,直接决定了电磁流量计的转换精度。转换器功能包括数据采集、显示、计算、输出、报警、故障诊断、自检定及多段非线性补偿、数据通讯功能等。现行的转换器大多使用8位的单片机,较为复杂的算法就难以实现或响应时问过慢。本文设计的智能电磁流量计采用的是32位的ARM处理器,数据处理能力的提高使得采用复杂算法提高精度成为可能,低流速测量性能亦获得较大改善,较传统的转换器设计有较为明显的改进。 1、电磁流量计工作原理 电磁流量计的原理是利用法拉第电磁感应定律,推得流体的体积流量为: Q=Ue/BD*πD2/4B=πD/4B*Ue 式中Ue一感应电压,V;B一磁感应强度,T;Dー管道内径,m;Q**体体积流量,m3/s。 2、系统硬件设计 电磁流量计的转换器是一个典型的数据采集处理系统,硬件上大致包含以下几个部分:多路电源模块、ARM处理器、励磁模块、信号采集与处理模块、输人输出接口、通讯模块等。 2.1励磁模块 转换器的励磁模块本质上是由恒流源驱动一个H桥路。为了缩小体积、降低功耗并提高可靠性,本文利用1117ADJ电源芯片设计了一个恒流源,用来驱动集成桥路芯片D6202,从而避免了采用分立原件来设计励磁电路,大大降低了设计难度。 1117ADJ是一个可调输出电平的电源芯片,输出的电流是由OUT管脚和ADJ管脚之间外接的电阻大小决定的,通过外接精密电阻,可以得到一个输出恒定电流的恒流源。16202是一个H桥芯片,通常用于产生大电流高频PWM信号。它能产生平整方波,完全符合低频矩形波励磁波形的要求。CPU控制16202的输入逻辑电平,从而改变输出波形,控制励磁线圈的电流方向。励磁信号频率可由CPU输出的控制信号频率决定,可以很容易地通过软件绵程加以修改,可适合各种实际应用的需要。 2.2信号采集与处理模块 信号采集与处理模块包括模拟信号前端处理与A/D转换。模拟信号处理是高精度电磁流量计转换器的基础,也是获得理想精度的关键。电磁流量计通过励磁线圈对导电流体施加一个低频交变磁场,导电流体在磁场中流动切割磁力线,从而产生感应电动势。通过电极采集到的感应电动势是一个微弱的交变信号,通常只有几十微伏至几毫伏,且信号内阻高,噪声信号频率与50Hz工频相近,幅值远远大于待测信号,放大电路的设计难度很大!,需要设计高质量的信号处理电路将干扰滤除,才能达到仪表的设计精度。 2.3智能处理单元 本系统采用了 Philips公司的LPC2106作为主CPU,附加LCD显示模块、键盘输人模块、输入输出和通讯模块等共同构成智能处理单元。 LPC2106是一款支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S微处理器,自带128KB高速 Flash存储器,采用3级流水线技术,取指、译码和执行同时进行,能够并行处理指令,提高CPU运行速度。由于内含多个32位定时器、PWM输出和32个GPIO,且无需外扩RAM,具有很小的尺寸和极低的功耗,非常适用于本系统的小型化要求。CPU通过SPI总线和A/D、D/A以及LCD控制芯片相互通讯,只需3根数据线和控制线即可扩展所有外围器件,大大提高了系统的可靠性,减少了尺寸,降低了成本。此外,LPC2106还自带PWM输出,可直接用于输出频率信号和脉冲当量。 系统的通讯模块包含RS-232接口和RS-485接口,用户可以根据需要选择相应的通讯方式,方便地与上位机进行通讯,并可组成多机总线,实现数据远距离传输。4~20mA的输出模块选用了AD421芯片,可直接将数字信号转换成电流信号输出,并预留HART协议通讯接口。