作者：许 剑 卢建刚

        摘要：介绍了一种以MSP430F449单片机为核心的智能流量计。具体阐述了该流量计的工作原理、总体设计及硬件电路设计和软件设计。该流量计适用于各种复杂环境，并可以和其他上下游设备结合，实现现场流量测量的智能化和多功能化。

        关键词：流量计 MSP430F449系列单片机 智能仪表

        随着微型计算机技术和嵌入式系统的迅速发展，以微型计算机（单片机和嵌入式系统）取代传统仪表的常规逻辑电子线路，开发新一代的具有某种智能的灵巧仪表，已成为仪表开发领域的新趋势。MCU（微控制器或单片机）及嵌入式系统等的问世和性能的不断改善，大大加快了仪器仪表微机化和智能化的进程。MCU本身具有体积小、功耗低、价格便宜等优点，用它们开发各类智能产品更具有周期短成本低等优点，因此在计算机和仪表一体化设计中有着更大的优越和潜力[1]。

        流量计是在线测量管道内流体流量的先进仪表，在石油、化工、造纸、冶金等行业中有着普通的应用，并不断向智能化的方向发展。本文介绍的就是用MSP430F449单片机开发的新型智能流量计。其基本原理是：依靠部件旋转，用光电编码器或磁敏传感器产生电脉冲信号，并送至由单片机构成的流量计算装置进行处理。本流量计采用智能仪表新技术以及电源供电系统与双传感器技术，使其能更适应各种复杂的工作环境。

        
        1 总体设计

        1.1 流量计总体功能简介

        智能流量计组成框图如图1所示。该流量计共有三种输入量，分别为模拟输入量（4～20mA）、热电阻（Pt1000）模拟输入量以及用于流量计算的脉冲量。而流量计的输出量有两种，分别为脉冲量和模拟量（4～20mA）。通信接口采用RS485串行通信总线，流量计的输出和数据通信仅在有外接电源时工作，无外接电源时不工作，并采用光电隔离。

        该流量计采用LCD和LED两种方式进行数据显示。其中LCD为字段型显示，9位8段，字体高约20～30mm，有无外接电源均可正常工作。LED也为字段型显示，8位8段，字体高约15mm，仅在有外接电源时工作。这里为流量计设计的键盘与LCD一起形成菜单方式的人机交互界面，可以手动输入流量计测量所需的各项参数。

        为了精确计量，在流量计设计时还专门外接了DS1302实时时钟芯片，以提供精确的时钟来弥补MSP430系列单片机没有实时时钟模块的缺陷。该实时时钟芯片采用三线串行输入/输出的方式与单片机相联，操作简便，其连接电路如图2所示。流量计在使用时需存储部分参数，为此使用了带I2C总线的EEPROM。另外本流量计还采用了双电源，即采用外接电源（12V）和锂电池（3.7V）供电。

        1.2 总体特点

        （1）自诊断及掉电保护

        为满足野外工程需要和应付突发的异常情况，本流量计采用了双电源，即外接电源和锂电池共用。通过在系统中设计一个外部中断，使流量计自动进入不同的工作状态。针对不同的供电状况。设计了两种流量传感装置（光电编码器和磁敏供感器）。并且由于采用的是超低功耗的MSP430系列单片机并对系统进行了最小功耗设计，所以即使用锂电池也可以长时间地进行准备的流量测量，保证了数据的不丢失。

        
        （2） 自动修正测量误差

        在流量计中加入热电阻进行温度测量，同时依靠软件进行温度误差修正。并可以通过手动输入各种不同流体的参数，提高了流量计的自适应能力以及和其它上游设备协同工作的能力。

        （3） 多点快速检测

        能对多个参数进行快