摘  要：為使旋進(jìn)漩渦流量計(jì)擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)合、適用于電池供電，設(shè)計(jì)了一種低功耗的外電供電與電池供電自動(dòng)切換的旋進(jìn)漩渦流量計(jì)，重點(diǎn)分析了硬件上的主控芯片M S P 4 3 0 F 4 7 9 4 、電源管理模塊、溫度壓力采樣模塊、鐵電存儲(chǔ)模塊與軟件上的溫度壓力定時(shí)采樣和M C U 進(jìn)入低功耗模式的降低功耗設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)大大降低了旋進(jìn)漩渦流量計(jì)電池供電時(shí)的整機(jī)功耗，同時(shí)保證了流量脈沖采集與脈沖輸出的較高精度。

0 、引言：
  旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是一種新型流體振動(dòng)流量計(jì)，無(wú)活動(dòng)部件，對(duì)測(cè)量介質(zhì)的適應(yīng)性廣，線性測(cè)量范圍寬，可用于氣體、液體和蒸汽的計(jì)量[ 1 – 2 ]。但工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，干擾嚴(yán)重，并且存在斷電的危險(xiǎn)，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大量脈沖輸出型、具備遠(yuǎn)程通信、4 ～2 0 m A 輸出等多功能的智能流量計(jì)需要外接電源供電，另一方面，現(xiàn)有的電池供電型智能流量計(jì)可能做到了低功耗，但往往只具備監(jiān)測(cè)顯示這一單一功能，因?yàn)槎喙δ芎偷凸耐瑫r(shí)設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。為了拓寬流量計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合，使現(xiàn)有外電供電流量計(jì)能夠在野外或普通居民家庭等環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，設(shè)計(jì)了一種外電與電池自動(dòng)切換供電的低功耗的旋進(jìn)漩渦流量計(jì)[3]。整個(gè)系統(tǒng)除了可外接24V 電源供電，還可以3.6V 鋰電池供電。降低功耗是本設(shè)計(jì)的宗旨，設(shè)計(jì)時(shí)從硬件、軟件兩方面入手考慮降低功耗的方法。

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)-： 

  管道天然氣流量表天然氣貿(mào)易結(jié)算的解析：計(jì)量天然氣可以用三款流量計(jì)來(lái)計(jì)量，旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是適合廣大客戶首要選擇，因?yàn)樾M(jìn)漩渦流量計(jì)價(jià)格適中，無(wú)論什么情況，都能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,可*性保存、采用新微處理技術(shù),具有功能強(qiáng)、流量范圍寬、操作維修簡(jiǎn)單,安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)，渦街流量計(jì)達(dá)不到計(jì)量的精度，穩(wěn)定性也不好，抗干擾差，氣體渦輪流量計(jì)價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用比價(jià)大.所以綜上所述，旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是成為天然氣、液化氣、燃?xì)?、煤氣首要選擇。

管道天然氣流量表的工作原理

當(dāng)流體通過(guò)由螺旋形葉片組成的旋渦發(fā)生器（見(jiàn)圖1）后，流體被迫繞著發(fā)生體軸劇烈旋轉(zhuǎn)，形成旋渦。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響。檢測(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率，就知道了流量。而且能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。流量計(jì)算式為：

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)

K=f/q

式中：K ——流量?jī)x表系數(shù)l/m³

f——旋渦頻率 Hz

q——體積流量m³/s

流量計(jì)的儀表系數(shù)在一定的結(jié)構(gòu)參數(shù)和規(guī)定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)與流體的溫度、壓力、組分和物性（密度、粘度）無(wú)關(guān)。

流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成。

1、傳感器包括旋渦發(fā)生器、檢測(cè)元件、整流器和殼體。

旋渦發(fā)生器由特定螺旋形葉片組成，它固定在殼體收縮段前端，強(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋渦流。

檢測(cè)元件安裝在靠近擴(kuò)張管的喉部，用熱敏、壓電、應(yīng)變、電容或光纖等檢測(cè)元件可測(cè)出旋渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號(hào)。

整流器固定在流量計(jì)表體出口，其作用是消除旋渦流，以減小下游流態(tài)對(duì)儀表測(cè)量的影響。

殼體設(shè)計(jì)成一定形狀的流道，使旋渦形成，固定和保護(hù)安裝在內(nèi)部的零部件，并通過(guò)法蘭與管道相連接。

2、轉(zhuǎn)換顯示儀

由壓電傳感器檢測(cè)到的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、整形后，變成頻率與流量成正比的脈沖信號(hào)，然后由顯示儀計(jì)數(shù)顯示。顯示儀配有外輸接口，輸出各種信號(hào)。對(duì)測(cè)量的氣體介質(zhì)可進(jìn)行溫度和壓力的補(bǔ)償，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量，并顯示。

管道天然氣流量表口徑的選擇：

英寸NB（inch）與公稱直徑DN內(nèi)徑（mm）、外徑OD（mm），的關(guān)系如下：

NB(inch)—–DN(mm)——OD(mm)

1/2————–15 ———-21.3

3/4————–20 ———-26.7

1————– 25 ————33.4

1 1/4 ———— 32———42.2

1 1/2————40 ———-48.3

2————– 50 ————60.3

2 1/2——— 65 ————73.0

3————– 80 ————88.9

4————-100 ————114.3

5————-125 ————139.8

6————-150 ————168.3

8————-200————-219.1

管道天然氣流量表的主要特點(diǎn)：

1、管道天然氣流量表內(nèi)置式壓力、溫度、流量傳感器，安全性能高,結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。
2、管道天然氣流量表就地顯示溫度、壓力、瞬時(shí)流量和累積流量。
3、管道天然氣流量表采用新型信號(hào)處理放大器和獨(dú)特的濾波技術(shù)，有效地剔除了壓力波動(dòng)和管道振動(dòng)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)，大大提高了流量計(jì)的抗干擾能力，使小流量具有出色的穩(wěn)定性。
4、管道天然氣流量表在特有時(shí)間顯示及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之功能，無(wú)論什么情況，都能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,可*性保存。
5、管道天然氣流量表整機(jī)功耗極低,能憑內(nèi)電池長(zhǎng)期供電運(yùn)行,是理想的無(wú)需外電源就地顯示儀表。
6、管道天然氣流量表防盜功能可靠，具有密碼保護(hù),防止參數(shù)改動(dòng)。
7、管道天然氣流量表表頭可180度隨意旋轉(zhuǎn)，安裝方便。

管道天然氣流量表流量范圍 :

管道天然氣流量表選型;

管道天然氣流量表安裝與使用：

1、流量計(jì)外形尺寸（圖4）

2流量計(jì)的安裝

（1）流量計(jì)應(yīng)根據(jù)流向標(biāo)志安裝。

（2）流量計(jì)可水平、垂直或任意角度傾斜安裝。

（3）上下游直管段要求見(jiàn)（圖5）

（4）被測(cè)介質(zhì)內(nèi)除含有較大顆?；蜉^長(zhǎng)纖維性雜質(zhì)外，一般無(wú)需安裝過(guò)濾器。

（5）流量計(jì)周圍不應(yīng)有強(qiáng)外磁場(chǎng)干擾及強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。

（6）流量計(jì)必須可靠接地。

    進(jìn)入到二十一世紀(jì)以來(lái)，天然氣成為非常重要的一種資源，不僅可以轉(zhuǎn)燃料使用，也是非常重要的一種化工原料。在諸多領(lǐng)域內(nèi)，都得到了較為廣泛的應(yīng)用，如發(fā)電、氮肥生產(chǎn)、城市燃?xì)獾?，它屬于清潔能源，不?huì)對(duì)環(huán)境造成較大程度的影響，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，起到了巨大的推動(dòng)作用。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，能源緊缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，因此，就需要對(duì)能源合理利用，節(jié)約資源。通過(guò)的計(jì)量天然氣，促使天然氣浪費(fèi)問(wèn)題得到有效減少。 

天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用
   如今，我國(guó)天然氣得到了廣泛應(yīng)用，在天然氣貿(mào)易結(jié)算過(guò)程中，開(kāi)始應(yīng)用渦輪流量計(jì)，在利用渦輪流量計(jì)對(duì)天然氣流量進(jìn)行計(jì)量之前，需要對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行安裝，并且保證是清潔的輸氣管線，渦輪葉片和渦輪流量計(jì)機(jī)械部分不會(huì)受到水、雜物等的損壞作用，如果有雜質(zhì)存在于天然氣中，就需要對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行添加，避免損壞到渦輪流量計(jì)。需要水平安裝渦輪流量計(jì)，垂直安裝盡量避免出現(xiàn)，如果有水存在于天然氣管道中，就需要傾斜擺放渦輪流量計(jì)，以便從流量計(jì)中能夠出來(lái)天然氣。要結(jié)合渦輪流量計(jì)上標(biāo)注的方向，來(lái)確定天然氣的傳輸方向，反方向安裝是禁止的。通常將一段直管添加于渦輪流量計(jì)的入口和出口端，按照10倍以上的管段內(nèi)徑來(lái)控制入口端長(zhǎng)度，按照5倍以上的管段內(nèi)徑來(lái)控制出口端長(zhǎng)度，或者將整流器安裝于阻流設(shè)備和渦輪流量計(jì)之間。

天然氣流量計(jì)的主要特點(diǎn)
   在流量測(cè)量?jī)x表中，非常重要的一種就是渦輪流量計(jì)，它借助于流動(dòng)流體的動(dòng)力，來(lái)旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，因?yàn)橛姓壤P(guān)系存在于渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)速度和體積流量中，因此，就可以結(jié)合渦輪葉片轉(zhuǎn)數(shù)，來(lái)確定流量計(jì)的流體體積。 

   流量計(jì)中進(jìn)入了天然氣之后，天然氣流量計(jì)內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)流體首先接觸天然氣，對(duì)其產(chǎn)生作用，有一定的角度存在于渦輪葉片和流體流向之間，這個(gè)過(guò)程中，有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩產(chǎn)生于渦輪，那么轉(zhuǎn)動(dòng)力要想對(duì)渦輪進(jìn)行帶動(dòng)，就需要對(duì)阻力力矩和摩擦力矩進(jìn)行克服。當(dāng)有平衡狀態(tài)形成于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、阻力力矩和摩擦力矩之間，渦輪的轉(zhuǎn)速就會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，并且有線性關(guān)系存在于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度和流量之間。經(jīng)過(guò)一副齒輪，會(huì)逐漸降低葉輪的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，通過(guò)密封的磁性耦合器件，來(lái)向儀表外部的機(jī)械式計(jì)數(shù)器中傳達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。在這個(gè)過(guò)程中，我們將電磁感應(yīng)原理給應(yīng)用過(guò)來(lái)，磁阻由旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片頂端導(dǎo)磁體周期性的改變，那么就會(huì)有脈沖信號(hào)產(chǎn)生于線圈兩端，它和流體體積之間，呈正比關(guān)系，將脈沖信號(hào)頻率給測(cè)出來(lái)，流量的大小就可以被的出來(lái)。通常情況下，需要配套使用渦輪流量計(jì)和流量計(jì)算機(jī)，流量計(jì)算機(jī)包括各種檢測(cè)通道，如溫度、脈沖等，并且將各種通訊接口給配備過(guò)來(lái)。 

供應(yīng)天然氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理：
    天然氣流量計(jì)傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測(cè)元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、 D / A 轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架、防護(hù)罩等。近年來(lái)智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

管道式天然氣流量計(jì)技術(shù)參數(shù)：

管道式：DN10～DN300

精度等級(jí)：　管道式：±1.5級(jí)，±1.0級(jí)

環(huán)境溫度：　-20℃～80℃

大氣壓力：　86KPa～106KPa（0.86KG-1.06KG)

公稱壓力：　1.6 Mpa 、2.5Mpa 、6.4Mpa 、25Mpa

防爆等級(jí)：　ExdIIBT6

連接方式： 法蘭連接

   實(shí)踐研究表明，渦輪流量計(jì)具有一系列的優(yōu)勢(shì)，具有較高的精度和量程比，有著較好的重復(fù)性。因?yàn)闇u輪流量計(jì)將高質(zhì)量的軸承和導(dǎo)流片給應(yīng)用了過(guò)來(lái)，因?yàn)樗目鼓p性能就得到了強(qiáng)化，即使環(huán)境條件比較的惡劣，也可以進(jìn)行測(cè)量，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)。將較為先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)給應(yīng)用了過(guò)來(lái)，這樣就可以強(qiáng)化整體功能，降低功耗，提升了各項(xiàng)性能。防腐功能是渦輪流量計(jì)的渦輪所具備的，外部將不銹鋼結(jié)構(gòu)給應(yīng)用過(guò)來(lái)，本身的抗磁干擾和振動(dòng)能力較好，這樣儀表的使用年限就得到了延長(zhǎng)；維修難度較小，并且有自整流結(jié)構(gòu)存在于內(nèi)部，沒(méi)有較大的體積，有著簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，組合工作可以在較短時(shí)間內(nèi)完成。 

旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是檢測(cè)器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線性度、范圍度等）和阻力特性密切相關(guān)，對(duì)它的要求如下：
① 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離。
② 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)。
③ 能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號(hào)的信噪比高。
④ 形狀和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測(cè)元件的安裝和組合。
⑤ 材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(zhì)的要求，即耐腐蝕、耐磨蝕、耐溫度變化。
⑥ 固有頻率在渦街信號(hào)的頻帶外。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類。單旋渦發(fā)生體的基本形狀有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形；狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用zui廣泛的一種。圖中 D 為儀表口徑。為提高旋渦強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過(guò)它的應(yīng)用并不普遍。

管道式天然氣流量計(jì)顯示方式：

（1）遠(yuǎn)傳顯示： 脈沖輸出、電流輸出(配顯示儀表)

（2）現(xiàn)場(chǎng)顯示：8位LCD顯示累積流量，單位(m3)

4位LCD顯示瞬時(shí)流量，單位(m3/h)、電池電量、頻率、流速

（3）溫度壓力補(bǔ)償型：

（4）顯示標(biāo)準(zhǔn)瞬時(shí)流量及標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)流量

（5）顯示當(dāng)前壓力、溫度、電池電壓

（6）脈沖輸出，p-p值由供電電源確定

（7）4～20mA兩線制電流輸出

（8）單位體積脈沖輸出及傳感器原始脈沖輸出

（9）帶有RS485通迅接口

管道式天然氣流量計(jì)安裝圖：

管道天然氣流量計(jì)安裝現(xiàn)場(chǎng)：

1 、硬件設(shè)計(jì)：
  在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)流量?jī)x表整體性能的要求選擇適當(dāng)型號(hào)的單片機(jī)。本設(shè)計(jì)主要考慮降低功耗，選用TI公司的MSP430F4794作為本測(cè)量系統(tǒng)的MCU。MSP430由于采用全靜態(tài)COMOS設(shè)計(jì)，電源操作能耗很低，但非?？煽縖4]。MSP430 有正常工作模式（AM ）和4 種低功耗模式（L P M 1、LPM2、LPM3、LPM4），而且可以方便地在各種模式中切換。它的超低功耗模式在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是電池供電的設(shè)備中表現(xiàn)尤為突出。
  它允許用戶在 3 種振蕩器工作方式（分別為帶鎖頻環(huán)的內(nèi)部D C O 振蕩器、外部高頻振蕩器、外部低頻振蕩器L F X T 1 ）中選擇一種振蕩器形式讓芯片執(zhí)行指令，以優(yōu)化系統(tǒng)的功耗。通常情況下使系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式3，僅讓外部LFXT1 工作以提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)，喚醒帶鎖頻環(huán)的告訴內(nèi)部D C O 振蕩器，讓其處理發(fā)生的事件，處理完后再進(jìn)入低功耗模式[ 5 ]。單片機(jī)除了具備60kFlash、2kRAM和大量I/O口外，4路ADC模塊、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊、同步串行口SPI/I2C/UART 模塊等等。該流量計(jì)硬件上主要由核心控制器件MSP430F4794、電源管理模塊、脈沖測(cè)量模塊、溫度壓力測(cè)量模塊、脈沖輸出模塊、鐵電存儲(chǔ)模塊、R S 4 8 5 通信模塊、日歷時(shí)鐘模塊、顯示與鍵盤處理模塊構(gòu)成。硬件總體框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.1 、電源管理模塊：
  采用外接 2 4 V 電源和電池自動(dòng)切換供電，即有外接24V 電源時(shí)，電池不工作；沒(méi)有外接24V 電源時(shí)，電池工作，

圖2  外電與電池自動(dòng)切換電路

  由于氣體、水蒸氣的體積流量和質(zhì)量流量與流體管道內(nèi)的溫度和壓力都有直接的關(guān)系，所以為了準(zhǔn)確測(cè)量一般都需要溫度壓力補(bǔ)償?？紤]到降低功耗，溫度壓力所需恒流源的參考源采用了MCU 的片內(nèi)參考源V R E F +，并采用MCU 片內(nèi)AD 即SD16_A。這樣，溫度壓力采樣時(shí)定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)斷片內(nèi)參考源VREF+ 和SD16_A，可以極大限度的降低功耗。

1.3 、鐵電存儲(chǔ)模塊：
  為滿足數(shù)據(jù)管理的需要，儀表具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，包括：***近4 0 0 次流量計(jì)的啟停時(shí)間和對(duì)應(yīng)的累積流量；***近1 2 個(gè)月內(nèi)某時(shí)刻的累積流量值；***近3 6 0 次狀態(tài)記錄數(shù)據(jù)（時(shí)間、溫度、壓力、瞬時(shí)流量、累積流量），時(shí)間間隔可設(shè)定為1～9999 分鐘。鐵電芯片選用功耗低的FM24V02，256KB，工作方式是I2C 總線。

1.4 、通信模塊：
  為讀取流量計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，基于通信性能和功耗的考慮，采取RS485 通信。芯片選用了Maxim 公司生產(chǎn)的MAX3483，它是低電壓低功耗的單雙工RS-485 通信芯片。

1.5 、其它模塊：
  脈沖輸出模塊: 主要由高速光耦隔離器、穩(wěn)壓電路構(gòu)成。脈沖輸出是采用控制I/O 口的高低電平翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。選用功耗低的高速CMOS 信號(hào)隔離器，一端由外接24V 電源截取7.5V 電壓供電，另一端由VCC 供電。
  日歷時(shí)鐘模塊: 時(shí)間信息的獲取通過(guò)低功耗S P I 接口的時(shí)鐘日歷芯片S35390A 完成。它是可以在0.25uA 的超低計(jì)時(shí)消耗電流、寬電源范圍內(nèi)工作的2 線C M O S 實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC。工作電壓1.3V～5.5V，特別適用于從主電源電壓開(kāi)始到備用電源電壓驅(qū)動(dòng)為止的寬幅度的電源電壓。4～20mA 輸出模塊:需要外接4～20mA 環(huán)路主電源，主要采用AD421，AD421 為自己和其他器件提供3.0V 供電電壓。A D 4 2 1 是單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主要由電壓調(diào)整器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流放大器組成。數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用  結(jié)構(gòu)，將16 位數(shù)字碼轉(zhuǎn)換為4～20 mA 模擬電流。顯 示 與 鍵 盤：顯 示 采 用 長(zhǎng) 沙 太 陽(yáng) 人 有 限 公 司 的SMS2411 液晶，不帶背光，顯示累積流量、瞬時(shí)流量、溫度或壓力。鍵盤采用4 按鍵直接與單片機(jī)的P 3 口連接，采用查詢方式。

2 、軟件設(shè)計(jì)：
  軟件上采用 C 語(yǔ)言編程，主要有系統(tǒng)初始化程序、脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)處理中斷子程序、溫壓定時(shí)采樣中斷子程序、脈沖輸出中斷服務(wù)子程序、各功能模塊子程序。

  MSP430 技術(shù)獨(dú)到，進(jìn)入低功耗模式后ACLK 仍保持工作，以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并且任何中斷都可以在6 u s內(nèi)將C P U 喚醒，先進(jìn)的鎖相環(huán)技術(shù)是高速時(shí)鐘在很短的時(shí)間內(nèi)就能穩(wěn)定下來(lái)，及時(shí)地處理突發(fā)時(shí)間。
  第二，采用MSP430F4794 片內(nèi)AD即SD16_A 和片內(nèi)參考源VREF+，每隔6 秒鐘進(jìn)行一次溫度、壓力的采樣，同時(shí)對(duì)片內(nèi)參考源V R E F + 進(jìn)行了的時(shí)間控制，片內(nèi)參考源開(kāi)啟（即SD16REFON=1）0.3 秒鐘后開(kāi)始AD 采樣，采樣完成后立即關(guān)斷片內(nèi)參考源V R E F + 輸出，從而關(guān)斷恒流源。片內(nèi)ADC 的時(shí)鐘源也配置為ACLK。第三，為降低功耗，鐵電芯片F(xiàn) M 2 4 V 0 2 的讀寫在電池供電時(shí)，F(xiàn) M 2 4 V 0 2 對(duì)數(shù)據(jù)讀寫操作采取高速模式，功耗在9 0 u A 左右，讀寫操作完成后，立即進(jìn)入休眠模式，休眠模式下FM24V02 的功耗僅5 μA。第四，RS485 通信控制方面，由于MAX3483 發(fā)送數(shù)據(jù)功耗1.1mA，接受數(shù)據(jù)時(shí)功耗0.95mA，功耗較大，所以在電池供電時(shí)須配置成既不發(fā)送也不接收的狀態(tài)，此時(shí)功耗很低，為2nA。

3 、功耗分析與測(cè)試結(jié)果：
  電池供電時(shí)，RS485 不通信，MAX3483 不工作的靜態(tài)功耗為2nA；4～20mA 輸出單獨(dú)供電不計(jì)入功耗，整個(gè)流量計(jì)的功耗分析如下：MSP430F4794在1MHz的MCLK下2.2V供電時(shí)***大功耗2 8 0 u A ，在6 5 k H z 正常工作模式下功耗約為70uA，進(jìn)入低功耗為1.1uA；采集溫度壓力信號(hào)時(shí)AD 模擬部分工作，AD 采樣時(shí)一般消耗720uA,***大1030uA，在此取中間值875uA；SD16_A的SD16REFON=1的設(shè)置時(shí)間為0.3s后才開(kāi)始A D 采樣；日歷時(shí)鐘模塊S 3 5 3 9 0 A 消耗0 . 2 5 u A；F M 2 4 V 0 2 對(duì)數(shù)據(jù)讀寫操作下消耗9 0 u A ，進(jìn)入休眠模式下FM24V02 的功耗僅5uA。電池供電時(shí)的功耗分布如表1。實(shí)際測(cè)試整體功耗***大值1342uA，***小值296uA，與理論計(jì)算相符。由于溫壓6S 采樣一次，AD 采樣時(shí)的***大功耗持續(xù)時(shí)間約為0.5 秒，其余5.5 秒進(jìn)于低功耗模式，則平均功耗估算為（1342*0.5+296*5.5）/6=542(uA)。

表1  電池供電時(shí)的功耗分布表

表2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 、結(jié)束語(yǔ)：
  本文給出了一種外電與電池自動(dòng)切換供電的低功耗旋進(jìn)漩渦流量計(jì)設(shè)計(jì)方案，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，流量計(jì)的表頭均選用低功耗的外圍擴(kuò)展元器件，對(duì)主芯片MSP430F4794、電源管理模塊、溫度壓力采樣模塊、鐵電存儲(chǔ)模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在軟件上從配置MSP430F4794 降低MCLK 和進(jìn)入低功 耗 模 式 、定 時(shí) 溫 壓 采 樣 和 開(kāi) 關(guān) 恒 流 源 、鐵 電 芯 片F(xiàn)M24V02 進(jìn)入休眠模式等多方面考慮降低功耗。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明，該流量計(jì)設(shè)計(jì)保證了流量脈沖采集與脈沖輸出的高精度與高可靠性，同時(shí)大大降低了電池供電時(shí)的整機(jī)功耗，大大拓寬了流量計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合。