基于HART协议的金属管浮子流量计.pdf

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1、2010年第29卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)95基于HART协议的金属管浮子流量计郑永军，李文军。，梁国伟，胡建成(1．中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018：2．余姚市银环流量仪表有限公司，浙江余姚315400)摘要：介绍一种基于HART协议的金属管浮子流量计的设计方案。应用磁阻传感器测量金属管浮子的角位移，利用HT2015和AD421实现HART协议通信物理层，并叙述了MSP430单片机的软件编程，实现了各项功能和HART通信。关键

2、词：金属管浮子流量计；HART协议；磁阻传感器中图分类号：TP212．6文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)02-0095-03DesignofmetaltuberotameterbasedonHARTprotocolZHENGYong-jun，LIWen-jun，LIANGGuo．wei，HUJian．cheng(1．CollegeofMetrologyandMeasurementEngineering，ChinaJiliangUniversity，Hangzhou310018，China；2．Y

3、uyaoYinhuanFlowmeterCo．，Ltd．，Yuyao315400，China)Abstract：AmetaltuberotameterbasedonHARTprotocolisdesigned．Amagneticresistivesensorisusedtomeasuretheangulardisplacementofmetalrotameter，HT2015andAD421areusedtorealizethephysicallayerofHARTprotocol，andthesoftwarepro

4、gramofMSP430microcontrollerisintroduced．ThesystemfulfilsallkindsoffunctionsaswellastheHARTcommunication．Keywords：metaltuberotameter；HARTprotocol；magneticresistivesensor0引言在锥管内某一位置上。对于一台给定的浮子流量计，浮子金属管浮子流量计具有灵敏度高、测量范围宽、压力损在锥管中的位置与流体流经锥管流量的大小成一一对应关失较小和耐高温、耐高压、耐腐蚀等

5、特点，广泛应用于中小系。而浮子在锥管中的位置决定于浮子的高度，因此，要实流速流量的工业计量。该流量计利用电容式角位移传感器现对流量的测量取决于对浮子的高度的测量。测量机械连杆的旋转角度原理进行设计，但电路设计由于浮子上下移动时，其内嵌磁钢也随之上下移动，与复杂，功耗较大，精度不高。HART协议使用FSK技术，流量计外部磁钢形成内外磁钢磁路耦合，带动机械连杆旋在4-20mA模拟信号上叠加频率信号，使得模拟信号与数转一定角度0，将信号传递给现场显示器，指示流量大小。字双向通信同时进行。本文提出一种使用各向异性磁阻式故对流

6、量大小的测量转换为求角位移0的大小。传感器，应用HT2015和AD421实现HART协议的新型智能金属管浮子流量计的设计方案。该流量计能实现量程范围设置、小流量切除等功能，具有功耗低、响应快等特点，能替代进口的同类型HART仪表，广泛应用于工业计量。1系统结构原理金属管浮子流量计结构原理图如图1所示。它是由一图1结构原理图个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子构Fig1Principlediagramofstructure成，锥形管垂直安装，浮子重心与锥管管轴相重合，磁钢内2硬件设计嵌在浮子中。当流体自下向

7、上流入锥管时，作用在浮子上系统的硬件电路以MSP430F149为控制核心，主要有的力有3个：流体作用在浮子上的动压力、浮子在流体中的电源模块和HART协议物理层模块、液晶显示接口及按键浮力和浮子的重力。当这些力平衡时，浮子就平稳地浮接口模块等部分组成，如图2所示。收稿日期：2009-08-02基金项目：国家质检总局科技计划资助项目(2006QK66)传感器与微系统第29卷●磁场方向图2系统硬件框图Fig2Blockdiagramofsystemhardware2．1MSP430F149单片机图3传感器原理图MSP43

8、0F149单片机为Tl公司生产，具有l6位的RISCFig3Principlediagramofsensor结构，自带12位的A／D转换，CPU中的16个寄存器和常H3"2015中引脚ORXD和ITXD分别和MSP430F149的异步数发生器使MSP430F149能达到最高的代码执行效率，其串行通信口发送和接收端相连接。当主设备发送命令时，灵活