流量计的硬件设计 智能金属管浮子流量计的硬件采用模块化设计，共分为传感器 单元、微处理器单元、显示单元、总线通信单元和供电单元等五个 模块。硬件框图如图 1 所示。 基于 HART 协议的智能金属管浮子流量计 路宗强 （承德石油高等专科学校 , 河北 承德 067000） 摘 要：介绍了智能金属管浮子流量计的设计思路，以及系统硬件及软件设计。该流量计由于采用了高性能微处理器，一方面将 HART 协议移 植到金属管浮子流量计上实现总线通信，另一方面采用 Kalman 滤波方法，提高了流量计的精度。同时在产品的设计上采用模块化设计降低了 系统的运行故障。经现场测试，流量计在组态、精度、可靠性等方面都达到了设计要求。 关键词：HART 协议；智能金属管浮子流量计；低功耗；Kalman 滤波 单元将从 HART 总线接收到的信号解调，然后将数字信号送给微 处理器单元。从而实现了智能金属管浮子流量计和上位机之间的 双向通信。 3 流量计的软件设计 智能金属管浮子流量计的软件设计采用模块化编程结构，主要 包括三个部分：输入模块、控制模块、输出模块。所有程序代码均 现场信号的检测，由传感器单元来完成，将磁钢嵌在流量计的 浮子内部，霍尔元件固定在流量计外管壁，当流量改变时，浮子位 置改变，磁钢的磁场随之改变，霍尔元件输出的电压经放大调理后 送入微处理器单元。 微处理器单元的核心选用 TI 公司的 MSP430FE425，其运算速度 高、超低功耗的同时，内部集成了 AD 转换器和 FLASH 存储器，因 此可以有效地减少系统的配置，大大简化了系统的硬件组成，提高 系统的运行的可靠性。微处理器单元接收传感器单元的检测信号， 经滤波、温度补偿后将现场实际流量值送至显示单元显示，同时经 总线通信单元、HART 总线送*位机。 总线通信单元是 HART 协议物理层的硬件实现。一方面微处 理器单元送出的数字信号经调制解调器 HT2012 调制成 FSK 频移 键控信号，叠加在环路上发送到 HART 总线。另一方面总线通信 采用 C 语言编写。 输 入 模 块 主 要 包 括 数 据 采 集、 滤 波、 温 度 补 偿、非线性补偿和数值计 算等，总体采用定时器中 断方式，程序流程图如图 2 所示。输入模块中的非 线性补偿程序采用分段线 性拟合的方式来实现。通 过 采 集 9 组 或 11 组 流 量 信号，作为拟合直线的端 点，当前采样值按数据大 小得到拟合曲线段的斜率 和初始数据，代入拟合方 程即可得到修正后的流量 数据。 控 制 模 块 包 括 键 盘 处 理程序和看门狗程序，键 盘处理功能是通过中断方 式设置标志位在置入参数 子程序中实现的。智能金 属管浮子流量计在通过总 线组网，实现上位机组态 调试的同时，通过键盘， 可以就地调试。 输 出 模 块 包 括 显 示 程 序和通信中断服务程序。 通信中断服务程序流程图 如图 3 所示。 4 结论 在设 计 过 程 中， 我 们 一 方 面 采 用 了 高 性 能、 低 功 耗、 低 成 本的微处理器，在金属管浮子流量计上实现了 HART 总线通信， 实现了上位机组态，连接图如图 4 所示。另一方面充分考虑智 能金属管浮子流量计在现场工作时由于管道机械振动和磁场不 稳定的干扰，微处理器获得的信号有噪音，采用数字信号处理 方法结合现代滤波技术，采用 Kalman 滤波方法，提高了流量 计的精度。同时由于采取了温度补偿措施，提高了流量计的抗
