基于ARM与μC/OS-II的弯管流量计的研究与设计

      　弯管流量计是一种经典的节能型差压式流量测量装置，它可以应用于工业的液体、气体、蒸汽的流量测量，能适应各种复杂的现场条件，可作为长期检测流量的测量装置使用。　　我国科研人员经过20 年的持续研究 ， 在理论和实验研究方面都取得了突破性的进展，国内设计生产的弯管流量计已经达到一个很成熟的水平。对于工业现场，对所测量的大量数据进行储存、实时观测、远程数据传输等已经成为未来现场测量技术的一个发展趋势。因此，采用微控制器LPC2210 和实时操作系统 μC/OS-II， 在现有弯管流量计基础上 ， 加入无纸记录仪 、U 盘读写、Internet 远程数据访问维护等功能 ， 是本项目研究与设计的重点。

　　1 弯管流量计工作原理

　　弯管流量计是差压式流量计的一种。稳定流动的流体通过弯管时，由于流体流动方向的改变而产生离心力，此离心力作用在弯管的内、外侧壁上产生压力差，曲率半径一定的弯管，在离开曲率中心最远位置和最近位置上所测压力之差的平方根与流体的流速成正比，因此通过测量这一压力差并经过换算就可以得到流体的流速，这就是弯管流量计的基本原理　　。

        由图1 可见，流体内压力分布对应流速分布 ，在 45°截面附近弯管内外侧压力差△p(△p=p1-p2)也达到最大值。当流体流量变化时，该压力差△p 也随之相应变化。 因此，弯管流量计的工作原理就是通过对弯管内、外侧的压力差和相关参数的检测实现流量的测量。

　　Herbort.Addision 先生在对弯管 45°截面流体流速作了如图1 所示具有梯形速度分布的设定后给出了式 (1)(自由旋流理论方程)表达的基本原理数学方程式[1]。

　　L.K.Spink 先生在总结以前研究的基础上在其著作中采用了由式(2)表达的数学方程式(采用国际单位制)表达其工作原理(强制旋流理论方程)[2]。

　　上述两种经典涡流理论含有描述弯管流量计主要性能的相同特征信息，只是自由涡流理论的流速模型更贴近真实过程。 但在进行了大量的实验研究后，多数研究认为，实验与　　强制涡流理论的流速模型较为接近，因此多数人认为强制涡流理论较为合理。

　　2 微控制器 LPC2210 和操作系统 μC/OS-II

　　LPC2210 是 PHILIPS 公司的一款 16/32 位 ARM7TDMI-S 型 CPU 微控制器。 它是基于 ARM 通用体系结构的 RISC 微处理器，具有低成本、低功耗、高性能等优点。LPC2210CPU 支持实时仿真和嵌入式跟踪;具有标准 32 位 ARM 指令集和 16位THUMB 指令集;144 管脚封装结构，16 K 字节的片内静态RAM，2 个 32 位定时器，8 路 10 位 ADC，PWM 输出以及多达9 个外部中断，通过配置总线可提供 76 个 GPIO;与片内存储器控制器接口为ARM7 局部总线 ， 与中断控制器接口为AMBA 高性能总线，连接片内外设为 VLSI 外设总线[3]。μC/OS-II 是专门为中低端嵌入式应用设计的可剥夺型实时操作系统内核，主体用标准的ANSI C 语言写成，可移植性极好。 μC/OS-II 是一个完全抢占式内核，它总是运行最高优先级的就绪任务，但不支持时间片轮转法任务调度。 μC/OS-II 提供了许多系统服务 ，如邮箱、信号量、消息队列，内存管理及时间管理等。 μC/OS-II可以移植到很多的处理器上，它能运行在大部分的8 位—64 位的微处理器和数字信号处理器DSP 上[4]。