基于DSP的數字式科氏質(zhì)量流量變送器

　　脈沖輸出4～20mA輸出

　　工業(yè)標定時(shí)，要求變送器能夠輸出代表流量的脈沖信號，并且實(shí)際工業(yè)現場(chǎng)要對儀表進(jìn)行遠程測量，要求變送器有標準的模擬輸出，一般是4～20mA電流信號。

　　系統軟件方案

　　系統軟件采用模塊化設計，主要包括初始化、算法、中斷、人機接口、測量結果輸出、FRAM、看門(mén)狗等模塊，這些模塊由主監控程序統一調用，如圖2所示。

　　主監控程序

　　主監控程序負責整個(gè)軟件系統各模塊子程序的調度。系統上電后，主監控程序調用各模塊初始化子程序，初始化完畢后，開(kāi)啟AD轉換，采集傳感器信號，確定濾波器參數;之后便進(jìn)入不斷調用算法、計算流量、控制驅動(dòng)信號的循環(huán)中，其中還包含調用LCD顯示、鍵盤(pán)處理子程序、SCI上傳數據以及輸出相應電流和脈沖信號。

　　初始化模塊

　　系統初始化負責對整個(gè)系統時(shí)鐘、片內外設時(shí)鐘的配置，以及對看門(mén)狗模塊和中斷向量表的初始化;外設初始化包含對片內、片外各設備模塊的初始化，片內設備主要包含McSBP、DMA、XINTF、CPU定時(shí)器、ePWM、GPIO、SCI等，片外器件主要包含ADC、LCD、FRAM、等;算法初始化主要負責對全局變量、算法相關(guān)參數的初始化。

　　驅動(dòng)模塊

　　DSP內部采用正負階躍交替激勵啟振法，結合非線(xiàn)性幅值控制算法[4]，實(shí)現對傳感器幅值的靈活控制，可以使傳感器快速啟振。非線(xiàn)性幅值控制算法能在傳感器信號很小時(shí)提供更大的增益控制信號，在兩相流/批料流情況下維持流量管的振動(dòng)。

　　中斷模塊

　　系統中斷主要包括AD、DMA、cputimer0、掉電保護中斷，其中AD、DMA中斷用于對AD采樣數據的讀取，cputimer0中斷用來(lái)實(shí)現對流量的累加，而掉電保護中斷則是用于掉電時(shí)對相關(guān)參數的保存。

　　算法模塊

　　算法模塊主要包含帶通濾波、格型自適應算法、計及負頻率的DTFT算法。

　　數字帶通濾波器用來(lái)濾除工業(yè)現場(chǎng)的多種噪聲，如隨機噪聲、工頻干擾、電機和管道振動(dòng)等引起的某一固定頻率干擾等。

　　采用格型自適應算法估計信號的頻率。與直接型自適應陷波濾波器相比，格型計算量大大降低，且參數少，通過(guò)調整相應參數就能方便地跟蹤頻率的變化，且跟蹤速度快，跟蹤精度高[5]。

　　采用計及負頻率影響的DTFT算法計算信號相位差，DTFT算法可以在每個(gè)采樣點(diǎn)計算出傅立葉系數，且收斂速度快，滿(mǎn)足科氏信號處理的實(shí)時(shí)性;同時(shí)，因為考慮了負頻率的影響，所以提高了相位差的計算精度[2]。