由于在工業(yè)控制過程中,執(zhí)行機構(gòu)和控制室有一定的距離,因此在控制設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)之間需要變送設(shè)備,將金屬管浮子流量計信號轉(zhuǎn)換成電信號加以遠傳以達到控制執(zhí)行機構(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電流來完成。設(shè)計中,需要提供電流輸出接口以供遠傳控制使用。傳統(tǒng)的流量計通常外擴D/A芯片,以實現(xiàn)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電流輸出。在本設(shè)計中,使用的單片機MSP430F149內(nèi)部自帶PWM輸出功能,可以利用此功能實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。原理如圖4.1所示。
設(shè)計中,單片機根據(jù)瞬時流量的大小,輸出周期固定,占空比變化的PWM。PWM為高電平期間,光電稱合器導通工作,此時,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R2,并在R2上產(chǎn)生一個電壓V1,此電壓對電容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 光電耦合器導通時，流經(jīng)R2的恒流；
Vf—電阻Rf,兩端電壓；
t/T—PWM占空比.
設(shè)計中PWM由timer_A產(chǎn)生,由單片機P1.2管腳引出。當瞬時流量0為0時,對應(yīng)輸出電流值為4mA;當瞬時流量值為g皿時,對應(yīng)的電流值為20mA。根據(jù)上述流量值與輸出電流的對應(yīng)關(guān)系可得PWM的占空比為：
設(shè)計中令PWM輸出周期T不變,為328,則t為：
金屬管浮子流量計計算出瞬時流量值后,可確定此時的流量百分比,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,以實現(xiàn)調(diào)整電流輸出的目的。 |
