流量计关键模块电路设计与实现

流量计关键模块电路设计与实现

1、电源供电模块

流量计的现场宽电压工作，多为12V～36V。图2所示为流量计的电源供电模块。其中，二管D1～D4用以放置正负电源反接，RV1用于浪涌对策，ZD1为齐纳二管，与R1-1起到电压钳位和过电压限流对策，以保护后级电路；该电路还可根据需要进一步加入等保护器件，而HART模块的频率信号耦合于电源模块[5]。该模块的后续可通过各类器件（如LM1117XTR115等），进一步不同的电压级别。

2、模拟信号采集模块设计

对于金属管浮子流量计，采用非接触式磁阻传感器替换了传统的接触式磁阻传感器，典型型号为HMC1512。该传感器本质为由4个镍铁磁阻搭成的桥是电路，对于温度变化不敏感，可以良好的承受流体振动，减少外界环境对检测数据的影响[6]。传感器工作后，磁阻的大小与cos2θ相关，由于cos2θ为非线性函数，故而对其处理采用三角函数展开，采用查表及修正值的方法获得的转换数据。HM1512的输出为差分电压信号，为获取具体数值，采用AD器件AD7793，该芯片具有24bit分辨率，配有内部时钟配置软件实现数据采集，功耗仅400µA。实际应用中，AD器件有多种选择，但引脚兼容，故而信号采集模块作为底层通用技术具有   广的实用性，通过适当选型和配置，能够在客户的差异化需求并厂家的合理利润中取得均衡。

在流量计中，模拟信号采集电路是   的内容，但其基本原理相同，因而本部分电路经过适当调整，能够适用于不同的模拟前端。其差别主要在于依据不同的实际物理量与模拟信号的传递关系，变换不同的查询表格。

3、人机交互模块设计

流量计的人机交互一般为按键操作、液晶屏幕显示和报警。其中，按键数量较少，其基本电路为按键通过上拉电阻后，直接接入单片机IO口，外部可并联电容以消抖，也可通过内部软件去抖；此外，适当选择单片机IO口以使其可工作于中断模式或查询模式，适应不同的场景需求。以上消抖、中断、查询都将软件模块化，为后续的电路带来便利。

现场显示采用单色LCD，进行流量监测数据的现场显示，通过单片机操作显示主控及显示缓冲区（DDRAM）。为降低功耗，简化布线，多采用串行通讯方式；本设计中，加入并行接口模式，可对DDRAM进行读写操作，为后续的功能拓展和远程操控提供了技术基础。异常报警模块的设计主要采用的是光耦脉冲输出报警。核心控制器从现场监测单元收到异常数据以后。经过处理分析，产生对应的报警信号脉冲输出。该脉冲信号经过光耦TLP127的隔离输出。