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智能椭圆齿轮流量计信号处理模块 第一章 绪论 1 1.1 流量计量的意义 1 1.2 椭圆齿轮流量计的工作原理 1 1.3 常用的信号采集方法 2 1.4 本项目的工作 3 第二章 信号采集处理模块 5 2.1 磁敏电阻工作原理 5 2.2 信号采集处理模块设计 6 2.3 信号采集处理模块硬件电路 8 2.4 本章小结 8 第三章 椭圆齿轮电子信息处理单元硬件设计 9 3.1 MSP430单片机简介及MSP430F437的特点 9 3.2 信息处理单元电路设计 10 3.3 防爆设计 15 3.4 信息处理单元硬件电路 17 3.5 本章小结 17 第四章 椭圆齿轮电子信息处理单元软件设计 18 4.1 系统软件的整体设计 18 4.2 系统的软件设计 18 4.3 系统软件的综合调试 36 4.4 本章小结 38 第五章 总结 39 5.1 已达到合同要求的工作 39 5.2 合同外增加的工作 39 第一章 绪论 1.1 流量计量的意义 在工业生产、科学实验、能源计量及社会生活等领域中，流量是与温度、压力、物位等一样，需要测量和控制的重要参数之一。流量计量，与国民经济、国防建设、科学研究都有密切的关系。而做好流量计量工作，对于保证产品质量、保障生产安全、提高生产效率、改进操作工艺、促进科技进步等都具有至关重要的作用。特别是在能源危机、工业生产自动化程度越来越高的当今时代，流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。 流量计的表头分为机械和电子两种，随着现场控制的需要和芯片半导体技术的发展，电子已经很大程度上取代了机械表头，用来实现现场显示、控制和信号远传。 近几十年来，随着半导体芯片技术的飞速发展，人类已经进入了电子信息时代。由于电子产品在快速性、稳定性、可靠性以及小型化、高精度、无噪声等方面占据了绝对优势，它们已很大程度的取代了原有的机械传动装置，在生产、生活的各个方面起到了不可或缺的作用。因此，工业控制仪表已普遍采用电子，以方便对生产过程的控制和检测。特别是近十几年来，随着电子芯片的高度集成化，使用贴片元件代替传统插针封装的器件更是当前潮流。同时，节约能源的观念已深入人心，因此低功耗产品已逐渐成为市场的主流。1.2 椭圆齿轮流量计的工作原理 椭圆齿轮流量计作为容积式计量的一种，具有计量精度高、对上游流动状态变化不敏感、安装简单、性能稳定、量程范围大等特点，因此被广泛应用于石油化工、贸易和轻工、食品等行业中。 其工作原理如下： 流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部分在这个压力差的作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计的条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累计值。如图1-1所示。 图1-1 椭圆齿轮流量计的工作原理 1.3 常用的信号采集方法 当前国际国内的椭圆齿轮流量计电子技术已相对比较成熟，市场上也有许多该类型产品。其主要区别表现在信号采集部分所使用的传感器及其原理不同，包括：光电型传感器，舌簧管，霍尔元件传感器，韦根德传感器，磁敏电阻传感器等。以下将这几种传感器进行比较： 光电型传感器： 可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。 光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。但同时，小尺寸光电传感器收集光线的面积小，一次检测范围更小，光学性能较低，而且更加重要的是光电传感器功耗大。 舌簧管： 舌簧管是一种磁敏的特殊开关。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用磁铁接近它，舌簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。因此可以作为传感器用，用于计数，限位等等。 采用舌簧管作为脉冲发生信号的传感器结构简单，但能检测到的信号频率较低，而且对焊接的温度有较高要求。 霍尔元件传感器： 由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，可靠性较高。但与此同时，霍尔元件传感器线路复杂，功耗大，市场上低功耗高精度的成熟产品较少。 韦根德传感器： 韦根德传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。因此，韦根德传感器不需要外界电源供电。韦根德传感器的工作频率从0速率到20HZ，脉冲的极性由激励磁场的极性所决定。 由于韦根德传感器非常容易和数字系统相匹配