由于在工業(yè)控制過(guò)程中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制室有一定的距離,因此在控制設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間需要變送設(shè)備,將金屬管浮子流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)加以遠(yuǎn)傳以達(dá)到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用。目前,許多設(shè)備之間的連接或者控制都是采用4~20mA電流來(lái)完成。設(shè)計(jì)中,需要提供電流輸出接口以供遠(yuǎn)傳控制使用。傳統(tǒng)的流量計(jì)通常外擴(kuò)D/A芯片,以實(shí)現(xiàn)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流輸出。在本設(shè)計(jì)中,使用的單片機(jī)MSP430F149內(nèi)部自帶PWM輸出功能,可以利用此功能實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。原理如圖4.1所示。
設(shè)計(jì)中,單片機(jī)根據(jù)瞬時(shí)流量的大小,輸出周期固定,占空比變化的PWM。PWM為高電平期間,光電稱合器導(dǎo)通工作,此時(shí),由Ri、Rb、三極管以及穩(wěn)壓管ZB產(chǎn)生的恒定不變的電流lb將流過(guò)R2,并在R2上產(chǎn)生一個(gè)電壓V1,此電壓對(duì)電容C充電,最終轉(zhuǎn)換為電容C上的電壓,電阻Rf兩端電壓等于電容C兩端電壓,流經(jīng)Rf的電流約等于輸出電流I0。此電流大小為：
式中：
I0一輸出電流；
Ib一 光電耦合器導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)R2的恒流；
Vf—電阻Rf,兩端電壓；
t/T—PWM占空比.
設(shè)計(jì)中PWM由timer_A產(chǎn)生,由單片機(jī)P1.2管腳引出。當(dāng)瞬時(shí)流量0為0時(shí),對(duì)應(yīng)輸出電流值為4mA;當(dāng)瞬時(shí)流量值為g皿時(shí),對(duì)應(yīng)的電流值為20mA。根據(jù)上述流量值與輸出電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系可得PWM的占空比為：
設(shè)計(jì)中令PWM輸出周期T不變,為328,則t為：
金屬管浮子流量計(jì)計(jì)算出瞬時(shí)流量值后,可確定此時(shí)的流量百分比,根據(jù)流量百分比由式樣4.3可求出t,然后再修改PWM相應(yīng)的控制寄存器從而調(diào)整PWM的占空比,以實(shí)現(xiàn)調(diào)整電流輸出的目的。 |
