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基于PIC32的數字渦街流量計設計方案

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 渦街流量計,PIC32

      研究背景與意義

      1.渦街流量計概述

      當流體中安放一個非流線型旋渦發(fā)生體時,流體將會在發(fā)生體兩側交替分離,并釋放出兩串規(guī)則的交錯排列的旋渦。在一定范圍內,旋渦分離頻率與流量成正比。根據這種原理實現流量測量的流量計叫做渦街流量計。渦街流量計具有壓力損失小,量程寬,精度高,構造簡單牢固,維護方便,安裝費用低,使用壽命長,適用范圍廣等優(yōu)點,因此被廣泛應用于工業(yè)管道介質流體的流量測量。

      2.渦街流量計的研究現狀

      盡管渦街流量計具有眾多優(yōu)點,并在工業(yè)生產中得到廣泛的應用。但現有的渦街流量計仍存在一些問題,影響到它的進一步推廣應用。例如,渦街流量計下限量程高,抗機械振動干擾能力差,在線參數修改不便。因此,解決渦街流量計小流量測量,抗干擾等問題,對于改善現有渦街流量計的測量精度與可靠性具有重大意義。同時,優(yōu)化渦街流量計的操作界面能極大方便用戶的使用。

      3.渦街流量計研究的意義

      正如上文所述,渦街流量計具有諸多優(yōu)點,同時也有許多亟待解決的問題。我們的研究將針對解決小流量測量,抗干擾以及優(yōu)化操作界面這三個問題展開。通過引入溫度、壓力補償,數字信號處理,以及USB數據傳輸等方法,解決長期阻礙渦街流量計發(fā)展應用的瓶頸問題,進一步提高渦街流量計的可靠性,精確性與實用性,推動渦街流量計在工業(yè)中的應用。

      課題研究的特色

      2.1 創(chuàng)新性

      ⑴當前的渦街流量計沒有考慮溫度、壓力等環(huán)境因素對流量測量的影響,測量精度無法提高。我們的研究將增加溫度、壓力補償功能,使測量過程不受環(huán)境因素影響,結果更加準確可靠;

      ⑵由于當前的渦街流量計采用計數方式計算流速,因此,當流速較低時,計數脈沖信號減弱,造成小流量測量結果不準。我們的研究將使用軟硬件合成濾波的方法,提取并放大微弱的低流速信號,實現低流速的準確測量;

      ⑶當前的渦街流量計使用查表和線性擬合的方式計算流量,由于擬合誤差的存在,測量結果誤差較大。我們的研究將利用解析計算公式,并加入溫度壓力補償,實現流量的精確計算;

      ⑷當前的渦街流量計難以消除管道內部的振動噪音,從而造成較大的測量誤差。我們的研究將應用數字傅里葉算法,消除渦街信號中的噪音成分,提高渦街流量計的抗干擾能力;

      ⑸通過增加USB數據傳輸功能,實現流量數據的在線下載與測量參數的在線修改,使得流量計的使用更加方便靈活。

      2.2 可實現性

      ⑴PIC32系列單片機的高速計算性能使得復雜數字信號處理和計算成為可能;

      ⑵PIC32系列單片機的豐富外設簡化了渦街流量計外部電路的設計,使得流量計體積更小,成本更低,可靠性更高;

      ⑶PIC32系列單片機的OTG模塊減少了USB數據傳輸協議的解析量,縮短了USB數據傳輸的開發(fā)周期。

      方案設計

      3.1 硬件設計

      整套系統(tǒng)由主機與從機兩部分組成。主機為現場儀表,具備流量測量、顯示以及數據記錄等功能。從機為手持管理儀表,使用者通過USB連接線,實現對現場儀表的管理。管理內容包括測量數據的下載和測量參數的修改。具體硬件設計如下圖所示。

     

      3.2 軟件設計

      軟件程序由三部分組成。第一部分為啟動初始化程序,它完成渦街流量表的初始狀態(tài)設定。第二部分為測量主程序,它實現流量信號的采集,處理,計算與顯示。第三部分為USB數據傳輸中斷程序,它由按鍵觸發(fā),實現主機與從機間的數據交換。

      3.3 單片機選型

      根據設計需求,所選單片機應具有以下基本配置:

      ⑴80MHz主頻;

      ⑵32位總線設計;

      ⑶32kB RAM空間;

      ⑷128kB Flash 存儲空間

      ⑸2路中斷信號通道

      ⑹4路A/D轉換通道;

      ⑺4路I/O轉換接口;

      ⑻USB OTG硬件解析模塊;

      ⑼1路D/A轉換通道。

      因此,我們選擇PIC32MX440F128H及以上版本的單片機作為渦街流量計的處理芯片。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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