基于ARM的水流式燃气热量计自动化测试设计

    水流式燃气热量计测定燃气热值是国际上公认的经典的测试燃气热值的方法。精密型水流式燃气热量计对标准热值气的检定误差可低于±0.5%。但传统的水流式燃气热量计主要依靠手工操作,实验步骤烦琐复杂,需要人工的操作、读数和数据处理等,测量效率很低,而且对测试操作人员依赖性大。

    随着嵌入式技术在仪器仪表工业上应用的不断发展,其处理速度快、成本低和可靠性高等优势也得到不断体现。本设计将采用嵌入式技术主流处理器芯片,实现水流式燃气热量计的自动化测试及温度等外界因素造成误差的修正,提供串口等多种通讯接口及其驱动程序,同时通过键盘和液晶屏实现友好的人机交互环境。嵌入式处理器在工业控制等领域具有巨大的优势,本设计采用ARM处理器核的目的就在于能够集成更多的综合性测试功能,用于燃气热值的测定,从而实现仪器实验过程的自动化,充分满足实验室的应用需求。

    1　系统概述及硬件设计

    1.1　总体设计

    水流式燃气热量计最基本的原理是在给定的技术条件下,一定量的燃气试样经完全,合理燃烧后所释放出的热量由热交换器中进入水流吸收,从水流升温差,水流量,燃气量等参数,以及应有的修正,校正,换算等计算而得出燃气试样的热值。本系统采用了飞利浦公司LPC2134作为嵌入式处理器,总体硬件设计框图如图1所示。

    A/D采集模块采集温度变送器和压力变送器信号,将其进行A/D转换,得到数字信号,并传输至微处理器中进行分析处理。脉冲采集模块主要功能是通过光电编码器获得燃气流量信号。通过片上软件实现自动测试系统的控制、信号采集和处理,最后在LCD上显示计算结果。键盘实现启动和关闭整个嵌入式系统的功能,启动温度采、压力和流量采集、显示功能。同时还扩展了串口功能,用来与上位机进行通信,以便对实验结果的分析。

    1.2　系统硬件设计

    1.2.1　处理器选择

    本系统采用飞利浦公司的32位ARM7 TDMI-S微控制器LPC2134作为嵌入式处理器,是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU,128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。多个32位定时器、10位4路的ADC、PWM通道、46个GPIO以及多达12个边沿或电平触发的外部中断,较小的封装和较低的功耗使LPC2134特别适用于工业领域应用中。

    1.2.2　A/D转换模块设计

    本文采用Maxim公司生产的模/数转换器MAX1148,该器件是Maxim公司最新推出的一种真差分、8通道、14位逐次逼近、串行输出A/D转换器,具有转换速率高、功耗低、接口方便的优点,特别适用于工业过程控制、高精度数据采集、便携式数字仪表、医疗仪器等领域。