专利名称：智能涡轮流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流量计，尤其是涉及一种集传感器技术、嵌入式单片机技术和控制技术与一体的智能涡轮流量计。
背景技术：
涡轮流量计是叶轮式流量计的主要品种，直到上世纪末，才形成了集传感器技术、嵌入式单片机技术和控制技术与一体的智能涡轮流量计。但现有的智能涡轮流量计基本都存在着一定的问题，如与外界通讯抗干扰能力差；二线制4～20mA电流输出与数字通讯无法同时在同一对电缆上传输，导致布线繁多等。
为此，有人申请了一种智能测控燃气表(申请号00235799.2)，包括有涡轮传感器、智能控制电路和控制阀门，采用温度补偿装置和压力补偿装置来提高计量精度；但还是存在抗干扰能力差，处理数据准确性的不足，使用寿命短，以及精度不够高等问题。在实际应用中，采用现场总线(如RS485)的流量计，其通讯协议部分与外接线路没能进行有效的隔离和缓冲，影响了传输的可靠性；而且对仪表本身来说基本上是需要4根电线，包括2根电源线和2根通讯信号线；对远程控制来说，存在着数据传输协议方式带来的布线多，从而导致费用大，不易批量化生产和难以推广等问题。
发明内容
本实用新型主要是解决现有技术所存在的通讯协议部分与外接线路没能进行有效的隔离和缓冲，抗干扰能力差，使用寿命短等的技术问题。
本实用新型还解决了数据传输协议方式带来的布线多，从而导致费用大，不易批量化生产和难以推广等的技术问题。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的包括涡轮传感器输入电路I、与涡轮传感器输入回路相连的单片机信号处理电路V，其特征是在所述单片机信号处理电路一输出端与二线制4～20mA输出电路VI相连，另一输出端与HART协议电路III相连，所述HART协议电路的信号输入端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输入隔离缓冲电路IV，HART协议电路的信号输出端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输出隔离缓冲电路II。
HART通讯协议使用频移键控FSK技术，将数字信号变换为音频信号，叠加到二线制涡轮流量变送器4～20mA电流环上来作数字通信，协议规定了2200HZ代表数字0，1200HZ代表数字1，通讯速率为1200bit/s，由于这些音频正弦波的平均值为0，所以在2根电线上可以同时传送互不影响的模拟和数字信号。HART协议具有数字信号和4-20mA控制信号互不干扰能同时传输的优点，使得控制和智能通信能同时进行。给操作使用带来极大方便。具有最大的安全性。这是其他通信协议所不能比拟的。因此，在这里采用HART通讯协议。
为了使通讯协议部分与外接线路能进行有效的隔离和缓冲，提高可靠性，增强抗干扰能力，作为优选，所述的HART协议输入隔离缓冲电路IV系有运算放大器U4B的引脚7和电容C8的一端串联而成，所述电容C8的另一端与HART协议电路III相连，所述运算放大器U4B的引脚6与引脚7相连，所述运算放大器U4B的引脚5与二线制4～20mA输出电路相连。
作为优选，所述的HART协议输入隔离缓冲电路II系有运算放大器U4A的引脚3和电容C5的一端串联而成，所述电容C5的另一端与HART协议电路III相连，所述运算放大器U4A的引脚2与引脚1相连，所述运算放大器U4A的引脚1与二线制4～20mA输出电路相连。
作为优选，所述的二线制4～20mA输出电路的D1的负端经HART RCV线连接至HART协议输入隔离缓冲电路IV的运算放大器U4B的引脚5，所述电容C8的另一端与电阻R13和HART协议电路III的电容C7相连。
作为优选，所述的HART协议电路III的U3的OTXA引脚连接至HART协议输出隔离缓冲电路II的电容C5的一端，所述运算放大器U4A的引脚1输出至U2的引脚C3。
为了对隔离缓冲电路进行保护，作为优选，所述的电阻R13的一端与电容C8相连，另一端接地，其阻值为402K。
作为优选，所述的运算放大器U4B为TLC27L2运算放大器，所述的电容C8的为470pF的电容。
作为优选，所述的运算放大器U4A为TLC27L2运算放大器，所述的电容C5的为6.8nF的电容。
因此，本实用新型具有以下优点1、设计合理，结构简单，运行安全稳定；2、HART通讯协议部分III与外接线路有效地进行隔离与缓冲，提高仪表可靠性，增加了流量计的使用寿命；3、抗干扰能力强，传输效率高；4、增加了数字通讯功能，可支持分布式实时控制系统，免除了单独铺设通讯电缆工作，有效降低了控制系统成本，有利于批量化生产和推广；5、支持手持通讯终端，可对涡轮流量计进行远程组态和调试。
图1是本实用新型的一种电路结构框图；图2是本实用新型的一种电路原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例智能涡轮流量计的电路结构框图(见图1)，包括涡轮传感器输入电路I、与涡轮传感器输入回路相连的单片机信号处理电路V，在所述单片机信号处理电路一输出端与二线制4～20mA输出电路VI相连，另一输出端与HART协议电路III相连，所述HART协议电路的信号输入端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输入隔离缓冲电路IV，HART协议电路的信号输出端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输出隔离缓冲电路II。其中，I为涡轮传感器输入回路；II为HART协议输出隔离缓冲电路；III为HART协议电路；IV为HART协议输入隔离缓冲电路；V为单片机信号处理电路；VI为二线制4～20mA输出电路。
各电路结构内部以及各电路结构间的相互连接关系(见图2)，将U3的引脚OTXA连接至电容C5的一端，电容C5的另一端与运算放大器U4A的引脚3相连，运算放大器U4A的引脚2和引脚1相连，运算放大器U4A的引脚1输出至U2的C3引脚；另一方面，D1的负端经HART_RCV线连接至运算放大器U4B的引脚5，运算放大器U4B的引脚6和引脚7相连，运算放大器U4B的引脚7输出到电容C8的一端，电容C8的另一端与电阻R13和电容C7相连，电阻R13的另一端接地。其中U1为PIC18F452(44)；U2为AD421；U3为20C15；运算放大器U4B为TLC27L2运算放大器；电容C8为470pF的电容；运算放大器U4A为TLC27L2运算放大器；电容C5为6.8nF的电容；电阻R13的阻值为402K。
本智能涡轮流量计的工作原理工作及各部分工作过程进入仪表的被测气体，经截面收缩的导流体加速，然后作用在涡轮叶片上，经多级齿轮减速后，检测到的脉冲信号(频率)输入涡轮流量计电路中，进行流量计算。
计算公式为Q＝Fr/coe其中Q表示流量；Fr表示频率；COE表示仪表系数。
I部分涡轮传感器输入回路，当脉冲信号输入到I的输入传感器J1端后，经过由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管T1和电容C1组成的放大整形电路后，输入到V中的U1单片机RA4/TOCKI端。
V部分单片机电路，I部分输出的脉冲由单片机进行脉冲累积，流量运算，通过LCD显示屏显示，一方面通过RD1/PSP1、RD3/PSP3、RD5/PSP5分别与VI中的U2芯片的LATHCH、CLOCK、DATA相连，输出信号控制4～20mA电流；另一方面U1的RC4/SDI/SDA、RC5/SDO、RC6/TX/CK、RC7/RX/DT分别与III中的U3芯片的OCD、INRTS、ITXD、ORXD相连，进行HART协议通讯。
VI部分具有三个功能，一方面外接的供电电源24V经J3的引脚1引入，通过T2与U2产生整个电路所需的工作电源+3.3V；另一方面，接收U1单片机的控制信号，通过U2的引脚LOOP RTN将输出4～20mA电流到供电电源线J3的2端；再一方面通过D1的负端经HART RCV线连接到IV中的运算放大器U4B芯片的引脚5，将代表数字信号0/1的2200HZ/1200HZ的调制信号通过运算放大器U4B隔离缓冲，保护关键的U3与U1元件，VI也接收由II输出的1200HZ/2200HZ的调制信号到U2的引脚C3，最后通过LOOP RTN脚调制到J3外供的24V两根线上。
II部分，即HART协议输出隔离缓冲电路。由于运算放大器U4A接成了一个跟随电路，U3输出的1200HZ/2200HZ的正弦波信号经电容C5隔直交流耦合后，通过运算放大器U4A缓冲输出，将HART协议输出信号有效地隔离。
IVHART协议输入隔离缓冲电路。由于运算放大器U4B接成了一个跟随电路，外接的供电J3的1端输入后，通过D1的负端经HART_RCV线输入到运算放大器U4B的引脚5，运算放大器U4B的引脚7与电容C8的一端相连，电容C8的另一端与电阻R13、电容C7的一端相连，作用为外部输入的HART协议规定的1200HZ/2200HZ的正弦波信号经运算放大器U4B缓冲后，再通过电容C8、电阻R13进行隔离衰减，将HART协议输入信号有效地隔离。
权利要求1.一种智能涡轮流量计，包括涡轮传感器输入电路(I)、与涡轮传感器输入回路相连的单片机信号处理电路(V)，其特征是在所述单片机信号处理电路一输出端与二线制4～20mA输出电路(VI)相连，另一输出端与HART协议电路(III)相连，所述HART协议电路的信号输入端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输入隔离缓冲电路(IV)，HART协议电路的信号输出端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输出隔离缓冲电路(II)。
2.根据权利要求1所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的HART协议输入隔离缓冲电路(IV)系有运算放大器U4B的引脚7和电容C8的一端串联而成，所述电容C8的另一端与HART协议电路(III)相连，所述运算放大器U4B的引脚6与引脚7相连，所述运算放大器U4B的引脚5与二线制4～20mA输出电路相连。
3.根据权利要求1所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的HART协议输入隔离缓冲电路(II)系有运算放大器U4A的引脚3和电容C5的一端串联而成，所述电容C5的另一端与HART协议电路(III)相连，所述运算放大器U4A的引脚2与引脚1相连，所述运算放大器U4A的引脚1与二线制4～20mA输出电路相连。
4.据权利要求1或2或3所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的二线制4～20mA输出电路的D1的负端经HART_RCV线连接至HART协议输入隔离缓冲电路(IV)的运算放大器U4B的引脚5，所述电容C8的另一端与电阻R13和HART协议电路(III)的电容C7相连。
5.据权利要求1或2或3所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的HART协议电路(III)的U3的OTXA引脚连接至HART协议输出隔离缓冲电路(II)的电容C5的一端，所述运算放大器U4A的引脚1输出至U2的引脚C3。
6.据权利要求4所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的HART协议电路(III)的U3的引脚OTXA连接至HART协议输出隔离缓冲电路(II)的电容C5的一端，运算放大器U4A的引脚1输出至U2的引脚C3。
7.据权利要求1或2或3所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的电阻R13的一端与电容C8相连，另一端接地，其阻值为402K。
8.据权利要求4所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的电阻R13的一端与电容C8相连，另一端接地，其阻值为402K。
9.据权利要求1或2或3所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的运算放大器U4B为TLC27L2运算放大器，所述的电容C8为470pF的电容。
10.据权利要求1或2或3所述的智能涡轮流量计，其特征是在所述的运算放大器U4A为TLC27L2运算放大器，所述的电容C5为6.8nF的电容。
专利摘要本实用新型涉及一种集传感器技术、嵌入式单片机技术和控制技术与一体的智能涡轮流量计。包括涡轮传感器输入电路I、与涡轮传感器输入回路相连的单片机信号处理电路V，所述单片机信号处理电路一输出端与二线制4～20mA输出电路VI相连，另一输出端与HART协议电路III相连，所述HART协议电路的信号输入端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输入隔离缓冲电路IV，HART协议电路的信号输出端与二线制4～20mA输出电路间设有HART协议输出隔离缓冲电路II。因此，具有设计合理，结构简单，运行安全稳定；HART通讯协议部分III与外接线路有效地进行隔离与缓冲，提高仪表可靠性，增加了流量计使用寿命。
文档编号G01F15/06GK2634442SQ0325609
公开日2004年8月18日 申请日期2003年7月26日 优先权日2003年7月26日
发明者孙向东 申请人:义乌市仪表有限公司