CN106017584A - 基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，包含数据采集终端以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端包含微控制器模块、流量传感器、三级放大电路、滤波电路、数据传输模块、电源管理器和电源模块；本发明测量精度高、稳定性好、可靠性高，通过输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场，并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势，进而精确计算出导电液体的体积流量。

Description

基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统

技术领域

本发明涉及一种流量计，尤其涉及基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，属于流量检测控制领域。

背景技术

电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外，还可测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量，可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、环保等工业技术部门，其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机，单片机处理性能较弱和外围接口少，同时不合适做低功耗设计；针对用电池供电的电磁流量计，系统需使用低功耗、高处理性的32位处理器。

例如申请号为“201110090018.1”的一种电磁流量计,其将微分噪音检测为大的值,提高了异常判定的可靠性。该电磁流量计将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间(T1),将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间(T2),就每个第1期间(T1)以及第2期间(T2)求出此时的检测电极(4a)所产生电压与检测电极(4b)所产生的电压之和作为电极间的电压和,根据该电极间的电压和,判定电磁流量计的异常(排空检测、绝缘性的异物附着在电极上等)。

又如申请号为“201110049402.7”的一种电磁流量计，包括传感器和转换器，所述传感器包括励磁线圈、电极、导管，所述转换器包括励磁驱动、中央处理单元、电极信号测量单元，所述的励磁驱动电路发出励磁电流；特别地，所述励磁电流具有为工频的非偶数倍分频的励磁频率。相较于现有技术，相邻两级励磁频率的间隔较小,选择余地更大，实现将低频噪声干扰影响降至最低以及输出稳定的兼顾。但是测量精度有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种测量精度高、稳定性好、可靠性高的导电液体体积流量检测装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，包含数据采集终端以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端包含微控制器模块、流量传感器、三级放大电路、滤波电路、数据传输模块、电源管理器和电源模块，所述数据传输模块包含单片机和射频发射器，所述流量传感器依次通过三级放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过单片机连接射频发射器，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块；其中，所述流量传感器用于产生感应电动势；所述微控制器模块用于根据产生的感应电动势计算出导电液体的体积流量；进而通过单片机控制射频发射器将计算出的导电液体体积流量传输至远程监控终端；

所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第三电容的一端后与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端并接第七电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接；

所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。

作为本发明基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用EFM32微控制器。

作为本发明基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统的进一步优选方案，所述远程监控终端包含控制器模块以及分别与其连接的数据接收模块、显示模块和数据存储模块。

作为本发明基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统的进一步优选方案，所述流量传感器采用涡街式流量传感器。

作为本发明基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明实时能够实时检测导电液体体积流量，进而将采集数据传输至远程监控终端，更加方便实时的完成监控；

2、本发明采用EFM32微控制器，其具有优异的低功耗特性，EFM32内核采用Cortex-M3设计，具有很强的扩展功能；

3、本发明通过输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场，并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势，进而精确计算出导电液体的体积流量。

附图说明

图1是本发明的系统结构原理图；

图2是本发明数据采集终端的结构原理图；

图3是本发明数据采集终端三级放大电路的电路图；

图4是本发明数据采集终端的电路图的的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，包含数据采集终端以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端用于实时检测及计算出导电液体体积流量进而通过射频发射器发射至远程监控终端。如图2所示，所述数据采集终端包含微控制器模块、流量传感器、三级放大电路、滤波电路、数据传输模块、电源管理器和电源模块，所述数据传输模块包含单片机和射频发射器，所述流量传感器依次通过三级放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过单片机连接射频发射器，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块；其中，所述流量传感器用于产生感应电动势；所述微控制器模块用于根据产生的感应电动势计算出导电液体的体积流量；进而通过单片机控制射频发射器将计算出的导电液体体积流量传输至远程监控终端；导电液体的体积流量的具体计算如下：

其中，q_v为导电液体的体积流量，D为测量管内径，L为测量管的有效长度，k为磁感应常数，V为感应电动势，B为磁感应强度；

如图3所示，所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第三电容的一端后与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端并接第七电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接；

如图4所示，所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。

所述微控制器模块采用EFM32微控制器所述远程监控终端包含控制器模块以及分别与其连接的数据接收模块、显示模块和数据存储模块，所述显示模块采用LCD显示屏。

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压，管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬实现与流体和测量电极的电磁隔离。

电磁流量计的主控MCU可以选取带LCD驱动能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的产品各系列之间对应型号引脚直接兼容，用户可根据实际项目功能需求进行功能裁剪或升级。主控MCU通过DA输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场，并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势，进而计算出导电液体的体积流量。

电磁流量计的主要特点：传感器结构简单，没有机械转动测量部件；在测量过程中，不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率的影响；量程范围极宽，并只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态无关，而且反应灵敏，线性好。

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为900nA，不运行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM数据时更是只有20nA。同时，片上更是集成了低功耗外设：低功耗UART及I2C可运行于EM2模式下，可在CPU睡眠模式下实现数据的收发及数据识别唤醒。由于电磁流量计为电池供电，对功耗有一定的要求，在对功耗要求比较高的场合甚至可由EFM32控制各模块的供电，最大限度的提高其待机时间，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，其特征在于：包含数据采集终端以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端包含微控制器模块、流量传感器、三级放大电路、滤波电路、数据传输模块、电源管理器和电源模块，所述数据传输模块包含单片机和射频发射器，所述流量传感器依次通过三级放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过单片机连接射频发射器，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块；其中，所述流量传感器用于产生感应电动势；所述微控制器模块用于根据产生的感应电动势计算出导电液体的体积流量；进而通过单片机控制射频发射器将计算出的导电液体体积流量传输至远程监控终端；

所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第三电容的一端后与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端并接第七电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接；

所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。

2.根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，其特征在于：所述微控制器模块采用EFM32微控制器。

3.根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，其特征在于：所述远程监控终端包含控制器模块以及分别与其连接的数据接收模块、显示模块和数据存储模块。

4.根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，其特征在于：所述流量传感器采用涡街式流量传感器。

5.根据权利要求3所述的基于滤波电路及电源管理器的液体体积流量监控系统，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。