一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器制造技术

本实用新型专利技术涉及流量计变送器领域，具体的说是一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器。包括滤波整形单元和信号处理单元；滤波整形单元包括与齿轮流量计本体的脉冲信号输出端依次连接的光耦隔离模块和CPLD模块；信号处理单元包括与CPLD的输出端相连的STM32模块，STM32模块通过其定时器输入捕获功能捕获CPLD输出的脉冲信号并计算流量，再将流量参数转换为4‑20mA电流和RS485信号并分别通过4‑20mA电流输出模块和RS485模块进行变送输出。本实用新型专利技术克服传统流量变送器引入流量计信号误差与外界噪声干扰影响精度的缺点，能够对齿轮流量计的流量准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器
本技术涉及流量计变送器领域，具体的说是一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器。
技术介绍
齿轮流量计具有量程大、准确度高、标定方便等优点，被广泛应用于石油、天然气、化工等行业，但由于工作环境的影响，齿轮流量计往往会受到噪声干扰，导致其产生的脉冲信号中含有干扰信号，影响齿轮流量计脉冲信号输出的精度。由于齿轮转动时的抖动，流量计所输出的脉冲信号含有跳变误差，属于信号内部误差；不同工作环境下，外界的噪声干扰也不同，信号在传输过程中往往会受到这些噪声的影响，属于外部误差。因此，亟需解决流量计中复杂干扰信号引起的误差，提高其测量精度。
技术实现思路
本技术旨在提供一种克服传统流量变送器引入流量计信号误差与外界噪声干扰影响精度的缺点，对齿轮流量计的流量准确测量的CPLD+ARM的齿轮流量计变送器。为了解决以上技术问题，本技术采用的技术方案为：一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器，包括滤波整形单元和信号处理单元；所述滤波整形单元包括与齿轮流量计的脉冲信号输出端依次连接的光耦隔离模块和CPLD模块，光耦隔离模块用于通过对齿轮流量计的脉冲信号进行硬件滤波以去除外界误差干扰，CPLD模块用于通过对去除外界误差干扰后的脉冲信号进行软件滤波去除内部误差干扰以实现脉冲信号的整形滤波并输出为计数脉冲与方向电平；所述信号处理单元包括与CPLD的输出端相连的STM32模块，STM32模块通过其定时器输入捕获功能捕获所述CPLD输出的脉冲信号并计算流量，再将流量参数转换为4-20mA电流和RS485信号并分别通过4-20mA电流输出模块和RS485模块进行变送输出。优选的，变送器还包括一个电源单元，电源单元与齿轮流量计的供电电源相连，并将齿轮流量计的供电电源降压后向滤波整形单元和信号处理单元供电。优选的，所述电源单元向滤波整形单元和信号处理单元的输出电压为3.3V。有益效果本技术采用光耦隔离模块对外部干扰进行屏蔽，避免新的干扰引入误差；通过CPLD模块获取流量计脉冲信号的相位差，确定流体方向，采用状态比较法设计软件滤波，消除脉冲信号的原始误差，并输出方向电平与计数脉冲信号；以ARM为处理核心采集计数脉冲的个数和方向电平信号，将流量信号转换成标准信号并输出。实验结果表明：利用光耦隔离模块硬件和CPLD模块软件滤波能够有效减小流量计输出信号中的误差，误差在0.1%以内，适应不同粘度的液体，满足市场上对齿轮流量计变送器的需求。附图说明图1为本技术的系统整体框图；图2为本技术的光耦隔离模块电路图；图3为本技术的CPLD模块的滤波流程图；图4为本技术的CPLD模块判定脉冲信号方向的正向脉冲信号示意图；图5为本技术的CPLD模块判定脉冲信号方向的反向脉冲信号示意图；图6为正向流动时SIG2信号在某一时刻受到干扰产生的跳变的示意图；图7为正向流动时SIG1与SIG2在同一时刻发生跳变的示意图；图8为本技术的信号处理单元的信号处理流程图；图9为本技术的STM32的脉冲捕获流程图；图10为本技术的STM32的脉冲个数计算流程图；具体实施方式如图1所示，本技术的一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器，包括滤波整形单元、信号处理单元以及电源单元。由于齿轮流量计上的齿轮转动时的抖动，齿轮流量计所输出的脉冲信号含有跳变误差，属于信号内部误差；不同工作环境下，外界的噪声干扰也不同，信号在传输过程中往往会受到这些噪声的影响，属于外部误差。因此，本技术从这两个方面考虑，通过减小信号内部和外部的干扰，提高流量计精度。本技术采用硬件滤波与软件滤波相结合的方式，采用光耦隔离模块与CPLD模块滤波来实现，包括与齿轮流量计的脉冲信号输出端依次连接的光耦隔离模块和CPLD模块。齿轮流量计输出的脉冲信号首先通过光耦隔离模块进行硬件滤波，防止引入外界干扰。然后通过CPLD模块进行软件滤波来减少内部误差，实现脉冲信号的整形滤波，最后将CPLD模块输出计数脉冲与方向电平给信号处理单元。信号处理单元包括与CPLD的输出端相连的STM32模块，STM32模块通过其定时器输入捕获功能捕获CPLD输出的脉冲信号并计算流量，再将流量参数转换为4-20mA电流和RS485信号并分别通过4-20mA电流输出模块和RS485模块进行变送输出。本技术的滤波整形单元和信号处理单元采用齿轮流量计的电源进行供电，将齿轮流量计的供电电压输入到电源单元并产生3.3V电压，分别给滤波整形单元和信号处理单元供电，达到电源统一与用电安全的目的。本技术在具体实施中，首先由齿轮流量计内部的传感器产生两路脉冲信号SIG1和SIG2，这两路信号经过光耦隔离模块硬件滤波后进入到CPLD模块中进行软件滤波整形，通过软硬件滤波消除噪声，再将信号转换为方向电平与计数脉冲信号输出；利用STM32模块的定时器输入捕获功能捕获脉冲信号并计算流量，再将流量参数转换为4-20mA电流和RS485信号并对外输出，满足工业现场的需要。由于在数字系统中，脉冲在传输中经常发生波形畸变，因此本技术采用光耦隔离模块去除外界干扰，获得理想的波形。光耦的结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起，使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，防止因电气连接引起的干扰，特别是低压控制电路与外部高压电路之间。光耦隔离电路如图2所示。由于大多数流量计的工作范围为10-36V，为了防止脉冲信号电压过高烧坏芯片，光耦隔离模块采用3.3V供电，将流量计所产生的脉冲信号进行降压，达到芯片的电压承受范围。流量计产生的脉冲信号进入到光耦中，当脉冲信号为高电平时，光耦导通接地，此时经光耦输出的脉冲信号为低电平；当进入的脉冲信号为高电平时，光耦导通接3.3V，此时产生一个为3.3V的高电平信号。在光耦的输出端，加上电容滤波；光耦的输入端与输出端通过隔离不共地，可以有效降低外界干扰，产生较高质量的信号波形，有利于对脉冲信号的准确获取，达到减少干扰的目的。针对流量计的输出信号存在跳变误差的问题，本设计利用CPLD模块通过状态比较法进行软件滤波处理，具体的流程如图3所示。流量计在对外输出信号时，需要对其方向以及脉冲个数进行识别。尽管周期T是变化的，但是在每个脉冲周期内，SIG1与SIG2的相位关系是确定的，这两路脉冲信号上升沿和下降沿的4次变化在相位上平均分布，如果同时考虑两路脉冲信号的上升沿和下降沿的各种情况，则两路信号在一个周期T内共产生了4次变化，且每个跳变沿所对应的脉冲电平都不一样，这样就可以利用这4次跳变沿信号的变化来实现流量计输出脉冲的4倍频和方向的判别，提高流量计测量精度。根据流量计信号SIG1与SIG2的特点，可以对其进行4倍频，即精度提高4倍。方向的确定是根据SIG1信号与SIG2信号高电平到来的先后进行判断，如图4和图5所示。当液体正向流经流量计时，电平信号出现00-10-11-01-00的循环变化顺序，反向流时，电平信号则出现01-11-10-00-01的循环变化顺序。因此，每一次电平发生变化时，CPLD模块对外输出一个计数脉冲以及表示方向的电平信号（高电平代表正向流动，低电平代表反向流动）。流量计在受到噪声干扰时，信号会产生误差，导致从流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器，其特征在于：包括滤波整形单元和信号处理单元；所述滤波整形单元包括与齿轮流量计的脉冲信号输出端依次连接的光耦隔离模块和CPLD模块，光耦隔离模块用于通过对齿轮流量计的脉冲信号进行硬件滤波以去除外界误差干扰，CPLD模块用于通过对去除外界误差干扰后的脉冲信号进行软件滤波去除内部误差干扰以实现脉冲信号的整形滤波并输出为计数脉冲与方向电平；所述信号处理单元包括与CPLD的输出端相连的STM32模块，STM32模块用于通过其定时器输入捕获功能捕获所述CPLD输出的脉冲信号并计算流量，再将流量参数转换为4‑20mA电流和RS485信号并分别通过4‑20mA电流输出模块和RS485模块进行变送输出。

【技术特征摘要】
1.一种CPLD+ARM的齿轮流量计变送器，其特征在于：包括滤波整形单元和信号处理单元；所述滤波整形单元包括与齿轮流量计的脉冲信号输出端依次连接的光耦隔离模块和CPLD模块，光耦隔离模块用于通过对齿轮流量计的脉冲信号进行硬件滤波以去除外界误差干扰，CPLD模块用于通过对去除外界误差干扰后的脉冲信号进行软件滤波去除内部误差干扰以实现脉冲信号的整形滤波并输出为计数脉冲与方向电平；所述信号处理单元包括与CPLD的输出端相连的STM32模块，STM32模块用于通过其定时器输入捕获功能捕获所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐巧玉，王军委，毛鹏，杨帅，周新稳，
申请(专利权)人：洛阳银杏科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41