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电磁流量计

电磁流量计输出信号进行数字化处理CAN数据传输应用实现流量测控的无人化、智能化、远程化

   1 电磁流量传感器

    华陆仪表公司的8045型电磁流量计,是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的传感器。8045型电磁流量变送器适用于DN15至DN400的管道以及电导率大于20μS/cm的液体。该变送器具有大显示屏、键盘并提供4-20mA、继电器和脉冲输出信号。不锈钢传感器式适用于高温(蕞高110℃)高压(PN16)介质。

                                                      

    电磁流量计(以下简称EMF)是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。

    EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示,导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势,电动势的方向按“弗来明右手规则”确定,其值如下式:

    E=kBD

    式中,E为感应电动势,即流量信号(V);

    k为系数;

    B为磁感应强度(T);      

    D为测流管内径(m);    

    设液体的平均流速为

(m/s),

    体积流量为

    则:

    式中,K为仪表常数,K=4KB/πD。

    EMF由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图1所示,测量管上下装有激磁线圈,通激磁电流后产生磁场穿过测量管,一对电极装在测量管内壁与液体相接触,引出感应电势,送到转换器。激磁电流则由转换器提供。

图1 电磁流量传感器结构示意

    为了使测量值在传输过程中不产生误差,在本项目中,采用8045的脉冲输出方式。使用全数字的传输,完全避免了测量值在传输过程中所受到的影响。8045是德国宝得公司出品的根据法拉第电磁感应原理的电磁流量检测器,8045简洁流量传感器采用IP65塑料防溅水封装,由流量感应器传感器和显示屏组成。

    8045工作原理如下:

    导体在磁场中切割磁感线运动时会在其两端产生感应电动势,该感应电动势可以用如下公式表达:

,即

    电磁流量计出厂后,其内径D为一定值,磁感应强度B为一定值,系数k由器件的特性决定,即k也是一个可确定的常量。因为

为一定常量,此时

和E成简单的线性关系,由电磁流量计内部的测量电压单元,测知电动势E,即可间接测得流速

。在8045得到流速信号

 后,为把这一模拟信号转换成为可供CAN总线控制器SJA1000后续使用的数字信号,需要再进行A/D转换。这一转换过程可以利用8045自带的脉冲(pulse)输出功能完成。8045向显示终端送结果的过程机制采用定时更新机制,这一定时更新的时间可由CAN总线互联的PC控制端的软件控制,可选更新时间为10ms~2550ms。PC控制端通过RS232总线对通过CAN总线送的8045发出的脉冲进行计数,脉冲个数在一定更新时间内越多,可以方便的定性知道当前流量。

图2 8045脉冲工作方式流程示意图    

    定义Pu为每个脉冲代表的流量,定义t为一定更新时间,定义Q为一定更新时间内所通过的流量。

    脉冲频率由公式f=Q/Pu决定,其上限为250Hz,由软件记数的方法可得到脉冲频率f。这样PC测控端所得的当前流量结果是:

    8045显示的流速值会因液体流向的不同而有正负之分,其蕞小测量范围可以达到0.05m/s(0.15ft/s)。

    2 总体方 

    系统的总体框架如图3所示。

图3 系统总体框架图

    采用AT89S52+SJA1000+82C250作为CAN总线的收发器,其基本架构图为图4:

图4 CAN总线收发器基本架构图    

    其中SJA1000是一种独立CAN控制器,它是PHILIPS公司的PCA82C200CAN控制器的替代产品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN两种工作方式。PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议;Atmel公司的AT89S52是一种新的、兼容MCS-51的微控制器。它拥有很多新的优点,其中蕞适用的是:内置的WatchDog、全在线式ISP、比MCS-51多一个定时/计数器、256字节内存。另外,为满足CAN总线1Mbit/S的传输速度,必须采用高速光耦。因此,本项目中采用高速6N137作为隔离,它有高达10Mbit/S传输速度和抗10kV/μS高压冲击,在本系统应用中优势明显。

    PCA82C250是CAN协议控制器和物理总线的接口。此器件对总线提供差动发送能力,对CAN控制器提供差动接收能力,完全符合“ISO11898”标准 

    CAN总线部分的具体电路如图5所示。    

图5 CAN总线部分的具体电路

   2.1 串口通讯部分    

    MAXIM公司的MAX232接收/发送器是MAXIM公司特别为满足EIA/TEA2232E的标准而设计的。它们在EIA/TIA2232E标准串行通信接口中日益得到广泛的应用,它们具有功耗低、工作电源为单电源、外接电容仅为0.1或1μF、采用双列直插封装形式、接收器输出为三态TTL/CMOS等优越性,为双组RS232接收发送器,工作电源为+5V,波特率高。其价格低,可在一般需要串行通信的系统中使用。

    在本系统中,也由这块芯片负责CAN与计算机之间的通讯,具体电路如图6所示。

图6 串口通讯部分电路

    2.2 测量部分电路

    在本项目中,采用的是8045的脉冲输出方式,使测量误差降到了蕞小。为了避免电磁、脉冲干扰,在测量接口部分,同样采用光耦进行隔离,具体电路如图7所示。    

图7 测量部分电路

   2.3 存储器部分

    为了使本系统具有良好的可移植性和适应性,系统扩展了一片I2C存储器24C01,如图8所示。

图8 24C01应用电路

    24C01有4种操作方式:字节写、页写、字节读、顺序读。

    3 软件编制要求

    3.1 软件设计要求

    能正常进行CAN总线的所有操作;

    能与计算机进行232通讯;

    能对8045的输出脉冲进行测量,并测出液体流量;

    能调整测量时间间隔,从10mS/次—2550mS/次;

    能通过232总线对CAN总线收发器进行远程配置;

    能通过CAN总线对CAN总线收发器进行远程配置;

    能通过计算机对远程CAN总线收发器进行配置;

    在本设计中,在编程语言上我们采用的是7.08版本的KeilC51编程工具。

    3.2 程序编制流程图

    (1)主程序。主程序要求能够完成所有的功能,并且要求实时性。因此,在主程序中,采用类似Win32程序的消息驱动的方式,在主程序中监控发生的消息,并作出相应的处理。流程图如图9所示。

    (2)CAN接收程序。CAN接收程序要判断所接收到的数据是否是命令数据,是否与自己无关,其流程图为图10所示。

    (3)CAN出错处理。一旦CAN发生错误,CPU将通过232向计算机报告,并重置总线。

    (4)串口接收处理。串口接收程序要判断所接收到的数据是否是命令数据,是否与自己无关,并决定是否将串口收到的数据发送到CAN总线上。其流程图为图11所示。

     (5)定时器2中断处理。定时器2设置的是10mS,当定时时间到的时候,将会向主程序器发出TimeOut的消息。

    (6)10mS处理。当主程序收到TimeOut消息时,将会判断自己是测量机还是主控机,并对10mS次数进行计数,如果达到指定的值并且自己是测量机时,向CAN总线发出测量数据,其流程如图12所示。

点击次数:  更新时间:2016-07-12  【打印此页】  【关闭

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