电磁流量计作为一种精密的流量测量仪表，是通过一整套系统的相互相作而进行工作的，不仅要考虑到硬件因素，也要对软件部分的工作效果进行评价与分析，本文通过对于用户的实际需求及国内外电磁流量计励磁技术分析研究的的基础上，提出并实现了以交流励磁作为电磁流量计的励磁方式、HART通信接口等功能。特别是对于抗干扰的性能提出了更为理想的解决方法。通过分析了软硬件各种抗干扰措施、用户的需求，运用的微处理器(ARM)与数字信号处理器(DSP)相结合的高性能、通用化的计算单元，以软件抗干扰与硬件抗干扰协同作业的方法，比较好地克服了传统工频交流励磁方式下的各项干扰，更在人性化、智能化、操作简便性和维护方便性的方面融入了红外遥控、WEB服务器接口等功能，实现了电磁流量计的优化的设计方案。
 
　　
1.电磁流量计方案选择
　　考虑到高端电磁流量计除满足流量结算、累积流量、空管检测等一般功能需要，还要有HART通信、WEB服务器等功能，以及实现数字滤波算法的需要，所以本系统在电磁流量计转换器的核心结构上采用ARM+DSP方式，组成一个高性能的计算平台。并由于双处理器板间通信布线的限制以及通用性的要求，进而选择了可编程逻辑器件，来实现ARM与DSP的串行转并行通信。
　　采用ARM+DSP的结构可以完成多项并行任务和复杂算法这两方面高端电磁流量计核心处理能力的需求；在通信上，传统的一般选用通用的逻辑器件，这样功耗大，布线麻烦，抗干扰性差，可实现的组合逻辑或时序逻辑功能简单，而采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)可以实现复杂的时序逻辑，和复在的脉冲声称功能，器件本身还具有在线调试功能，抗干扰性强的特点，所以在ARM和DSP两颗核心处理器上的通信上复杂可编程逻辑器件成为**。
　　
2. 电磁流量计硬件结构设计
　　通过对电磁流量计的方案选择，并综合国内外电磁流量计产品的智能化、集成化、网络化的发展趋势，硬件系统结构如图所示。
　　硬件系统框图
　　电磁流量计的硬件子系统主要由双处理器?？椤⒖杀喑搪呒骷？椤⑿藕攀淙肽？椤⒗攀涑瞿？?、信号输出?？椤ART接口?？?、WEB服务器接口?？?、显示?？?、调试接口模块、电源?？榈茸槌?。各?？榈墓δ苊枋鋈缦拢?br /> 　　双处理器核心?？椋河葾RM处理器、DSP处理器、Flash、SRAM、FRAM以及相关电路构成小系统，同时软件系统的硬件平台。
　　可编程逻辑器件?？椋豪酶丛涌杀喑搪呒骷?CPLD)实现ARM与DSP的串行转并行通信，并产生4-20mA电流输出脉冲、流量积算脉冲。
　　信号输入模块：将传感器输出的电极弱信号、参考信号以及反馈的励磁信号进行放大以及转化为数字量，以便送入数字信号处理器(DSP)进行软件滤波处理。
　　励磁输出模块：通过D/A转换器输出低幅值产生励磁信号，并通过功率放大输出给传感器，励磁信号方式由DSP控制产生。
　　信号输出?？椋河沙绦蚩刂频?-20mA电流、流量积算脉冲输出，模拟输出电路得到简化。
　　HART接口?？椋篈RM的UART1接口作为与HART输出板的接口，以便实现与控制系统的接口。
　　WEB服务器接口?？椋河?0M以太网控制芯片构成，以便软件上实现用户的远程在线修改仪表参数等功能。
　　显示?？椋河?1单片机、红外遥控接收器、OLED显示屏和按键组成，方便用户操作、观察流量信息。用户可以通过按键或红外?？仄鹘邢低巢问瓒?，并有OLED显示屏显示瞬时流量、累积流量，同时为了满足不同语种的要求，本系统还可以显示英文界面。
　　调试接口?？椋河蒍TAG接口和ISP接口组成。
　　电源?？椋何鱿低程峁┒嘀值燃兜奈榷煽康牡缭?。
　
　3.电磁流量计软件功能设计
　　软件系统主要包含如下?？椋盒藕挪裳？椤⑾低臣嗫啬？?、系统算法实现?？?、人际交互?？?、芯片间的通讯程序模块和数字滤波?？椤?br /> 　　3.1信号采集?？?br /> 　　信号采集?？橥瓿啥缘缂藕?、参考信号、励磁电压信号、励磁电流信号的采集功能，在系统实现上，它是通过数字信号处理器(DSP)的中断来接受A/D转换器采集的数据，本系统采用了高精度的A/D转换器复杂可编程逻辑器件，此A/D芯片可以采集六路信息，它与DSP芯片直接相连，相互间的接口为DSP的多通道缓冲串行接口(McBSP)，要想实现数据的实时采集，必须先初始化A/D转换器，系统中是通过DSP中断程序1来实现给A/D送控制字，DSP中断程序2来采集需要的六路数据。
　　3.2系统监控模块
　　系统监控?？橹饕低匙哉锒夏？椤⑾低彻δ芗觳饽？?、系统错误报警?？楹拖低橙罩灸？?。
　　系统自诊断?？橥瓿啥韵低彻ぷ髯刺恼锒?，判断系统工作是否正常，系统是否处于异常状态，根据不同的现象给出对应的出错报警。
　　系统功能检测?？橥瓿上低晨墒迪止δ芗觳猓觳獾墓δ馨ㄏ低车南允?、系统瞬时流量的仿真输出、系统的电流输出、系统的脉冲输出、被测流体的流向、数据存储器件FRAM、空管检测、绝缘检测、各参数的手动或自动调整，系统报警设置、累计流量复位。
　　系统错误报警?？橥瓿上低秤捎谝斐Ｊ录鹣低彻ぷ鞑徽?，流量超过规定范围等给出出错报警。
　　系统日志?？橥瓿上低彻ぷ髑榭龅募锹迹缦低车舻绱问?、DSP复位记录、出错次数记录和出错内容、报警次数和报警内容。系统工作的励磁频率，系统的工作上下限，系统已完成的累计流量历史记录。这是增加系统与用户友好交互的一个功能。
　　3.3系统算法实现?？?br /> 　　系统算法实现模块完成系统进行的算法，包括瞬时流量的计算、累计流量的计算、励磁系数的调整、电流输出的计算、脉冲输出的计算、系统工作零点调节算法、系统电气零点调节算法、系统标定系数调节算法、系统正负满量程调节算法、瞬时流量表示方式转换算法等。
　　3.4人机交互模块
　　人机交互?？榘ㄏ允灸？?、按键检测模块和外部触发处理?？?。
　　显示?？橥瓿杀徊饬魈辶飨虻南允尽⑺彩绷髁慷嘀直硎痉绞降南允?、累计流量多种表示方式的显示、励磁系数放大增益的显示、电极数值的显示、参考数值的显示、系统菜单的显示、系统错误报警的显示等20多种显示信息。
　　按键检测?？橥瓿砂醇话聪潞笏淼氖?，通知系统进行相应的操作。
　　外部触发处理?？橥瓿赏獠看シ磁サ南煊θ挝瘢鞠低成杓频耐獠看シ磁ブ饕峭獠啃酒次?、外部调零、外部累计流量复位。
　　3.5芯片间数据通信?？?br /> 　　数据通信?？橥瓿葾RM微处理器将DSP程序下载到DSP芯片的内部RAM中，以及ARM微处理器和DSP数字信号处理器之间数据的交换。本通讯?？槭墙⒃贒SP芯片内部具有的主机接口部件之上的，通过对它的编程设计来实现ARM微处理器和DSP实时数据传输。
　　3.6数字滤波?？?br /> 　　数字滤波模块完成对由A/D采集过来数据的数字滤波。本?？槭种匾窃谀Ｄ饴瞬ㄆ魑薹ㄏ飨罡扇判藕诺幕∩咸岢隼吹?，它滤波效果的好坏直接影响到系统的零点稳定性、系统的精度要求。为了消除由于工频正弦波励磁而引起的系统零点不稳定，我们通过对大量现场数据的研究和分析，得出在某一频段范围内，工业现场周围环境对系统零点的影响几乎不存在，因此，我们提出了用本段频率作为正弦波的励磁频率，通过所设计的数字滤波器将其它干扰信号除去后，系统内所有数据均以此为基准，实现整个系统的零点稳定，高精度的要求。
　　
4.结论
实验室和现场用户级测试表明，该系统具备良好的抗干扰能力以及稳定性，对固液两相难测流体如砂浆、矿浆等具有良好的应用效果，流量输出晃动等主要技术指标有明显优势。
本文由润中仪表科技有限公司整理发布。

上一条：食品行业在使用磁翻板液位计时须注意的选型及安装要点
下一条：浅谈提升流量计使用的精度系数意义及相应对策