基于MSP430 超低功耗罗茨流量积算仪的开发

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1、基于MSP430超低功耗罗茨流量积算仪的开发郑彤姜印平李艳文闫宗魁（天津大学电气工程与自动化学院天津300072）摘要针对目前工业现场的天然气计量情况，设计了超低功耗罗茨流量积算仪。引入天然气压缩系数Z，对理想气体状态方程进行修正，流量计能够更精确地实时温压补偿。详细介绍了积算仪的硬件和软件设计方案。利用MSP430单片机的低功耗和高集成度的优点，该系统适合于电池供电和远程应用场合。应用结果表明，该系统运行稳定可靠，检测精度高，具有一定的实用性和推广价值。关键词MSP430单片机、低功耗、罗茨流量计、压缩系数DevelopmentoftheultralowpowerR

2、ootsflowaccumulatorbasedonMSP430ZhengTongJiangYinpingLiYanwenYanZongkui（SchoolofElectricalEngineering&Automation,TianjinUniversity,Tianjin300072）AbstractTheultralowpowerRootsflowaccumulatorisdesignedinneedofincreasingtheaccuracyofnaturalgasmeasurementinpractice,withrevisionofperfectgase

3、quationbyusingthegascompressionfactorZ,whichcouldmoreaccuratelyachievethetemperatureandpressurecompensationofnaturalgasrealtime.Thedesignofhardwareandsoftwareofthesystemisintroduceddetailedly.WithultralowpowerandhighintegrationofMSP430,thissystemisadapttotheconditionofbatterysupplyandlo

4、ngdistanceapplication.Theapplicationshowsthatthissystemrunsstablyandaccurately.Thetechnologyandmethodsadoptedinthesystemarepracticalandworthyofusingabroad.KeywordsMSP430、Lowpower、Rootsflowmeter、compressionfactor0引言目前，机械表头式罗茨流量计在天然气计量工业现场仍然大量采用，但由于工况的复杂性，用单一的补偿系数给计量带有较大的误差。本文设计的基于MSP430F

5、149单片机超低功耗积算仪能有效克服上述缺点，利用高可靠的脉冲传感器、温度和压力传感器，实时对介质进行温压补偿计算；采用友好的人机界面，提供直观详细的数据资料，并可提供数据存储和RS485远传功能。这里引入天然气压缩系数Z，改进了流量补偿的数学模型，修正了传统的计量公式，进一步提高天然气的计量精度。1系统硬件设计本流量积算仪硬件部分主要包括MSP430F149主控模块、脉冲信号采集模块、温度和压力传感器、时钟模块、液晶显示模块、键盘、数据存储模块以及数据远程传输模块。图1为系统硬件框图。作者简介：郑彤（1980～），男，山西省晋中市人，硕士研究生，主要研究方向为流量仪

6、表和自动化检测装置。输出信号接口模块JTAG接口PWM模块4-20mA远传模块脉冲传感器整形电路时钟芯片温度传感器MSP430F149I2C总线1-Wire通讯协议DS18B20数据存储12bit压力传感器差分放大电路USARTRS-485A/DLCD显示模块键盘图1系统硬件框图罗茨流量计又称腰轮流量计，是容积式流量计。我们在腰轮的轴上安装磁钢，腰轮每旋转一周，由于磁钢的磁极变化，通过脉冲传感器产生脉冲信号。通过对脉冲信号的采集，结合当前温度和管道压力，计算出介质在标准状况（101.325Kpa，293.15K）下的瞬时流量和累积流量。MSP430F149是TI公司产

7、品，16位RISC结构FLASH型单片机，配备12bitA/D、硬件乘法器、PWM、USART等模块，多种低功耗模式设计，很适合于本产品的开发[1][2]。脉冲传感器采用韦根传感器ZP11，根据韦根德效应所研制，具有输出信号幅值高，工作稳定，且不需要外加电源的优点。温度传感器采用DS18B20，是数字式一线制温度传感器，可以仅使用单片机的一个I/O口完成所有读写操作，具有很高的转换速度和精度。这里采用外部供电方式，待命状态消耗电流1uA。压力传感器采用电桥平衡式绝压传感器MC26。图2为压力传感器工作电路。恒流源LM334为压力传感器提供工作电流，电