数字物联电磁流量计物联方案设计 

（1） 电磁流量计系统组成 

        电磁流量计是一种适用于测量导电液体的流量的仪表，仪表由两部分组成，分别是传感器（一次仪表）、变送器（二次仪表）[39]。传感器负责将导电液体的流量转换为电压信号，变送器负责采集传感器输出的电压信号并通过软硬件的滤波处理后得到液体的流速。电磁流量计变送器硬件系统的结构框图如图 5.1 所示，电磁流量计变送器系统由信号采集与调理模块、数字信号处理与控制模块、电源管理与励磁模块、人机接口模块四部分组成。 

        信号采集与调理模块主要用于实现电磁流量计传感器电极信号和励磁电流信号的拾取、调理、模数转换等功能；数字信号处理与控制模块主要用于实现传感器电极信号、励磁电流信号的读取与处理、流量计算结果的输出、励磁信号控制等功能；人机接口模块主要用于测量结果显示、仪表设置等功能；电源管理与励磁控制模块用于为整个硬件系统的不同模块提供可靠的工作电压并为传感器励磁线圈提供励磁电流，使线圈在流量计壳体内产生磁场。 

 

（2） 数字物联电磁流量计方案 

        本设计选用 TI 公司的 TMSF320F28069 芯片作为数字信号处理与控制模块的主控核心，该芯片的主频最高可达 90MHz，单指令周期为 11.11ns。芯片采用改进的哈佛架构(Harvard Architecture)，使得指令操作和数据读取可以并行进行，而 32位数据与外设总线可确保内核、存储器以及外设能够实现高效的数据传输，芯片内部建立了八级流水线，一个周期就可以完成一次乘加运算，非常适用于对实时性和精度要求较高的数字信号处理算法。TMS320F28069 有 100 个引脚，芯片内部集成了丰富的外设资源，通过合理外设资源分配以及对部分的外设资源进行功能的分时复用可以完全实现数字物联电磁流量计的全部功能，TMS320F28069 片内的资源分配图如图 5.2 所示。数字物联电磁流量计变送器硬件系统结构如图 5.3 所示，其中信号采集与调理模块、电源管理与励磁模块、人机接口模块是现有模块，数字物联电磁流量计方案中描述的数字信号处理与控制模块为本章设计内容。 

 

        数字信号处理与控制模块以 TMSF320F28069 为主控核心，在芯片外围设计扩展流量仪表常用的功能电路，其中 4~20mA 输出电路、脉冲输出电路、RS485 电路沿用实验室成熟的设计方案，其余部分则进行全新设计。