基于无线通信的涡轮流量计

摘要：设计了一种基于MSP430系列超低功耗系列单片机的涡轮流量计，通过无线模块实现主从控制器之间的数据和命令传送，通信时采用了“主-从”的方案。从控制器将传感器采集到的流量信号传送给主控制器，主控制器发送命令控制从控制器的测量、阀门的开、关等动作，主控制器通过CDMA网络传送数据给控制室。流量计结构简单、轻巧、反应灵敏、安装维修方便，不需要铺设通信电缆。
关键词：涡轮流量计；CDMA；超低功耗；无线数传

0 引言
流量测量在工业生产中有非常重要的地位，流量测量仪表的研究和开发应用有着深远的意义。涡轮流量计是流量测量仪表中重要的仪表之一，该流量计具有测量范围宽、重复性好、压力损失小等特点，应用于污水、化工、医药、造纸、食品等各个行业。
本文设计的涡轮流量计以超低功耗单片机MSP430为核心，利用MSP430单片机的片内定时器，捕捉涡轮传感器由于液体流过时叶片转动产生的脉冲信号，对传感器的数据进行处理，完成了对流量信号的测量，并且能够通过设定阀门开关的上下限后，系统通过对电机的控制驱动阀门的动作。同时，通过无线模块实现主从控制器之间的数据和命令传送，通信采用“主-从”方案，从控制器将传感器采集到的流量信号传送给主控制器，主控制器发送命令控制从控制器的测量、阀门的开、关等动作，使控制系统更加智能。

1 系统介绍
该涡轮流量计不仅可以实现对瞬时流量、累积流量的测量，而且还可以通过设定一定数值的流量来控制阀门的动作。在设计中，采用了主控制板和从控制板，主处理器的主要工作是发送命令控制从处理器中阀门的动作，另一方面也通过CDMA网络将数据传送给远距离的控制室进行进一步的数据处理，同时也可以接收来自控制室的命令。而从处理器主要是控制传感器模块定时检测流量，在液晶上显示并返回流量值给主处理器。只有主、从处理器结合起来，才可以协调地控制传感器检测，阀门的开或关，无线模块之间通信以及与控制室的上位机的通信。系统的通信原理框图如图1所示。

在选用微处理器时，考虑到流量计应用在工作现场的管道中，取换电池不方便，采用MSP430低功耗单片机作为其核心微处理器。充分应用单片机的低功耗特性，采用休眠模式，降低用电量，可以减少换电池的次数。由于主控制器需要两个外接通信模块，需要较大的数据存储空间，选用了F149；从处理器需要的存储空间相对要小一些，选用的是F147。主从控制器原理框图如图2所示。
传感器选用LWGY型防爆传感器，可在有爆炸危险的环境中使用。流体流经仪表时，推动表内叶轮旋转，然后通过叶轮与信号检测器之间的磁耦合，将流体的流速转换为电脉冲信号输出，通过信号调理电路放大整形后输出给单片机，由定时器计数。流量和脉冲信号频率的换算部分，均由软件处理。
显示部分选用的液晶型号是12232。它是一种图形点阵液晶显示器，带中文字库驱动，背光可通过电位器调节。LCD的第一行显示的是4位瞬时流量，第二行显示的是8位累积流量。
主从控制器的菜单部分都由3个按键组成，以实现阀门的上下限，流量计各功能的设置及转换。