基于MSP430系列单片机的智能流量积算仪的研制

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近年来,工业对流量测量及积算的重视程度日趋突出,对积算仪表提出了精确测量、稳定可靠、多功能、智能化的要求。本课题设计智能流量积算仪以单片机MSP430F149微处理器为中央控制器,实现温度、压力、流量模拟信号的万能输入,流量测量信号变送输出,流量测量的积算以及与计算机通讯的智能流量积算仪表。   第一部分介绍了国内外流量积算仪的历史与现状,主要介绍智能流量积算仪的定义、特点、智能流量积算仪的发展趋势、本课题设计思路,提出新一代智能流量积算仪设计目标。在设计思路里详细阐述了选择MSP430F149微控器做为智能流量积算仪的中央处理器的原因,并从硬件、通信、软件方面说明了智能流量积算仪开发的总体思路。   第二部分分别从仪表的硬件设计、数学模型、软件设计详细阐述了仪表的设计方法。在智能流量积算仪的硬件方面介绍了AI信号输入设计,主要介绍温度通道的输入、压力通道的输入、流量通道电流信号输入以及流量通道脉冲信号输入原理图设计。对智能流量积算仪的变送输出、DO报警输出、按键接口、点阵液晶屏、数据储存设备、外部时钟、通讯以及JTAG接口等方面的技术要点时行具体详细的剖析。该仪表具有AI多种信号的输入接口,大大的提高了用户的实用性和友好性。在4~20mA变送电流输出上没有使用DA芯片得到电压的做法,使用单片机MSP430F149芯片自带的PEM输出得到模拟电压输出,此法电路设计简单,线性度好,精度也达到要求,降低了仪表的成本。在第四章分别介绍了差压式传感器不可压缩流体、可压缩流体及线性孔板的数学模型与涡街流量传感器的数学模型。根据各种流量传感器的数学模型编写智能流量积算仪积分程序。智能流量积算仪的软件设计主要分为数据采集模块、数据滤波模块、数据处理模块、流量积算模块、温度压力补偿模块、按键处理及追忆模块等程序模块。在热电阻、热电偶采集数据转换成工程量处理和非线性矫正中采用热电阻的R-T公式和热电偶的T-E公式使用牛顿迭代法进行3轮迭代,实现了热电阻的工程量转换和热电偶的冷端补偿,节省了程序的空间。   第三部分对智能流量积算仪的标定及模拟输入输出精度做了测试实验,实验结果表明仪表在高温与低温下精度达到了设计的要求。又介绍如何通过软件与上位机实现通信,从计算机上读取实时数据与历史数据记录等。从智能流量积算仪的运行与组态两方面详细的介绍智能流量积算仪的使用方法,最后得出结论。
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