电远传型金属管浮子流量计主控单元选型

      根据前面章节的介绍，可以确定电远传系统的功能：利用磁阻传感器检测外磁钢的角位移，利用温度传感器检测环境温度，利用 Pt1000 测量被测介质温度，利用 HT30 测量被测介质压力，由主控单元进行 A/D 采样、软件算法处理、PWM波输出、液晶显示等，通过通讯接口实现下位机设置和流量计的标定。此外，系统还应增加掉电保护电路以提高可靠性。所以在硬件资源方面，主控单元应具有的模块有 AD 采集模块以实现对传感器放大信号的采集，定时器以实现 PWM 波的输出，通讯模块以实现上下位机的通信，Flash 模块以实现对仪表参数累计流量等的存储，大量的 I/O 端口以实现主控单元与外部模块进行信息交换等。 考虑到本课题有两种设计方案—电远传方案和低功耗方案，而低功耗方案采用的是 3.6V 的电池供电，为降低设计的复杂度，主控单元的电源电压设计为3.3V。另外考虑到低功耗方案的功耗很低—目标为 1m A，主控单元要具有低功耗功能。 

 

      目前市场上满足一般设计要求的单片机很多，但是真正能够实现低功耗功能的单片机很少，经过长期的对比与研究，本课题才非常终选择了美国 TI 公司的MSP430 系列超低功耗单片机[。

 

该系列单片机的主要特点有：

      1.  强大的处理能力，主系统时钟为 8MHz 时，指令周期仅为 125  ns；

      2.  超低功耗，因其具有灵活可控系统运行时钟，系统共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4），其中在等待模式下，耗电约 0.7μA；

      3．工业级的产品。工业级产品的稳定性好，适应性强，成本低等优点更有利于降低开发难度，缩短开发周期，节约科研成本等。 

 

4.2 电远传型金属管浮子流量计主控单元硬件设计的总思路 

      本系统通过多级电压转换模块，将外部提供的 24V 电源转化为各个模块所需的供电源；以 MSP430F1611 单片机为主控单元，协调各功能模块实现流量信号的二次测量。图 4-1  为以 MSP430F1611 为主控单元的硬件系统示意图。

 

      系统的工作流程为：外接+24V 电源为精密电流变送器供电，使其正常工作，向外输出+5V 的直流电源；该+5V 电源一方面给恒流源供电以保证恒流源正常工作，另一方面通过高精度的电压转换芯片将+5V 转换为+3.3V，给单片机、液晶显示模块、上下位机通信模块等供电。利用磁阻传感器检测外磁钢的角位移，利用 Pt1000 测量流体温度，利用 HT30 测量出流体压力，将它们所输出的弱电信号经运算放大器放大调理后，通过单片机的 ADC 模块采样，进入单片机内，经其计算处理后，直接通过液晶模块，显示当前的瞬时流量和累积流量，同时输出一定占空比的 PWM 波，进而转化为相应的 4~20mA 标准信号；通过 RS485 标准接口，根据拟定的通信协议实现对金属管浮子流量计的在线标定，检定和控制等功能；通过外扩看门狗模块和掉电保护模块提高系统的的稳定性。