温压补偿气体涡轮流量计系统组成

气体涡轮流量计由霍尔传感器、温度传感器、压力传感器、MSP430F149 单片机、 液晶显示电路、存储电路和软件组成。 系统框架图如图 1 所示，其中单片机为气体涡轮流量计的核心，本系统采用 TI 的 MSP430F149 单片机，其zui突出的优点是超低功耗，能有效延长供电电池的使用寿命^［1］。 气体涡轮流量计的涡轮旋转一周霍尔传感器产生一个电脉冲信号，经过信号处理电路输入单片机，温度和压力传感器采集的信号经信号处理电路同样输入单片机，单片机进行运算处理 。 所得的流速和流量数据采用2   总线存储到 2 存储器中并显示在液晶显I C E PROM 示器上 。

系统软件包括系统初始化模块 ， 信号检测模块 ， 数据处理模块 ， 液晶显示模块 ， 数据存储模块以及定时中断服务模块等 。

温压补偿气体涡轮流量计工作原理

 该设计能实时将气体流速准确地显示出来 同， 时计算并显示累计流量 。 气体流过涡轮流量计推动涡轮旋转 涡轮每旋转一次 霍尔传感器输出一个，电脉冲 电脉冲信号经处理电路输入单片机，由单片机计算出流速 而此时的流速为工况 非标准状， （ 况 ） 下的流速 由于气体密度受气体温度和压力影响 ， 不同的温度和压力环境下所测气体体积会有差别 ， 所以必须转化成标准状况 （20  ，0．1013MPa 或者 0 ，0．1013MPa） 下的气体流速 ， 此过程是由单片机参考温度和压力传感器所测的温度和压力值通过计算所实现的，同时每秒钟进行一次流量积累计算从而得出累计流量［2］。 将单片机计算得出的标况下的流速和流量存储到串口数据存储器，并将流速实时显示在串口液晶显示模块上。

温压补偿气体涡轮流量计硬件设计

2．1、单片机的选择：

 单片机为本系统的核心，因此选择合适的单片机至关重要， 考虑到流量计系统低能耗方面的要求， 本系统采用 TI 公司的 MSP430F149 单片机，它是一款专门为低功耗而设计的高性能 16 位单片机， 系统中有一种活动模式 AM 和 5 种低功耗模式LPM0～LPM4， 根据系统运行时使用的功能模块不同，采用不同的工作模式，它支持多种中断源，用中断请求将 CPU 唤醒只需要 6μs。 通过对单片机编程可有效降低系统的功耗。 MSP430F149 单片机结合了 TI 的高性能模拟技术 ， 含有丰富的片内外设 包， 括 ： 看门狗 （WDT）， 定时器 A（Timer－A）， 定时器 B（Timer－B）， 模拟比较器 A， 硬件乘法器 ，12 位 ADC，串口 0，1（USART0，1）， 直接数字存取 （DMA）， 基本定时器（Basic Timer）等。 如此丰富的片内外设为系统的单片解决方案提供了*方便。

2．2 温度、压力传感器的选择

温度和压力传感器选择的原则是：在保证精度的前提下，zui大限度降低功耗。 本系统采用压力传感器芯片 MS5535B，它是一个集成度高，功能强大的集成芯片，由一个硅压阻传感器和一个集成传感器接口电路组成，测压范围为（0～14）bar，供电电压2．2V～3．6V， 工作温度 （－40～125）℃ ， 具有低供电电压、 低功耗的特点。 温度传感器选用 TI 公司的TMP102 低功耗数字传感芯片， 在－25 ～＋85 的量程内精度为 0．5 ，要求输入电压为 1．4V～3．6V，测量信号由双线串行接口输出，它有很低的工作电流，工作状态供电电流为 10μA，休眠模式下电流为 1μA，*符合本设计低功耗的要求。

2．3、存储电路和液晶显示电路：

  本设计中将所计算出的流速、流量等数据存储在存储器中， 采用 I2C 总线的 E2PROM 存储器24C16，24C16 是串行的 E2PROM 存储器， 存储容量达到 16K，SCL 为时钟线，SDA 为数据线， 原理图如图 2 所示， 其中 SCL2 接单片机 P4．6，SDA2 接单片机 P4．5［3－4］。

图 2 24C16 E²PROM 存储器原理图
  为了达到低功耗的要求， 本设计选用 HT1620存储器映射的多功能 LCD 驱动器，其操作电压为 2．4V～3．3V，3V 时操作电流小于 3μA， 低操作电流有效地降低了液晶模块的功耗， 其显示段数为 128 （32×4）， 内部集成有 LCD 控制器 ，LCD 驱动器和RAM。 单片机和 HT1620 的连线如图 3 所示， 其中P2．3 连接 HT1620 的片选端，P2．0 连接数据线，P2．1和 P2．2 分别连接读写控制线。



图 3 单片机与液晶显示模块连线图