低功耗涡轮流量计的硬件设计

涡轮流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等介质．其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响．无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定 J．当前，要求仪表能够在野外或者危险场所长期稳定工作的要求越来越迫切，低功耗问题显得很突出．所以在满足仪表对功耗苛刻要求的同时，要实现各种复杂参数的测量，就需要考虑控制测量芯片的功耗影响和芯片的性价比，同时还需要选择合适的高性价比的大容量电池．低功耗涡轮流量计就是针对这一具体现实问题而设计的．由于采用4～20 mA输出方式，要求电源部分及信号处理部分静态耗电要控制在2 mA以内，单片机处理电路要求静态耗电在1．5 mA以内．本文介绍了一种采用MSP430F449超低功耗单片机、超低功耗高集成度电子器件、超低功耗LCD液晶显示器、超低功耗电源电路和信号处理电路等一系列节能设计的涡轮流量计处理电路，使仪表可以实现低功耗．如果同时选择大容量高性价比的电池，那么流量计正常稳定工作的时间可达2年以上．

涡轮流量计电路的硬件设计应遵循确保性能、缩小外形、方便移动和降低功耗的原则．涡轮流量计是一种采用压电晶体作为检测元件，输出与流量成正比的标准信号的流量仪表．该仪表可以直接与DDZ一1I型仪表系统配套，也可以与计算机及集散系统配套使用，对不同介质的流量参数进行测量 J．仪表具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点．当流过管道的气体或液体经过该流量计的流量传感器后，传感器将流量信号转换成电压信号经过放大处理后送给单片机处理，并进行温度补偿．仪表采用压电应力式传感器，可靠性高，可在一20℃ ～+250℃ 的工作温度范围内工作．有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种先进、理想的流量仪表 J．该流量计主要由信号处理电路、功能电路、液晶接口电路、通讯电路、电源电路5部分构成，涡轮流量计硬件电路具体如图1所示．

实践表明，由于在电路设计中，采用的集成电路工作电压都介于2．7—3．6 V之间，电流控制在毫伏以下，有的芯片甚至在微伏以下，如主控芯片选用美国TI公司的MSP430F449，这是一款低功耗性能非常优异的微处理器，在4 kHz时的功耗只有2．5 A；滤波电路利用无源阻容滤波器，显示采用只有几十个微安的LCD，这样大大降低了整个电路的功耗．加上流量计采用压电晶体传感器，可在一40—400 cIC的工作温度范围内工作，能适用于条件恶劣的工业现场，可靠性较好，压力损失小，量程范围大，精度较高，满足了仪表能够在野外或者危险场所长期稳定工作的要求．