無(wú)磁水表中參考電壓自校準(zhǔn)方法研究_第1頁(yè)
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1、無(wú)磁水表中參考電壓自校準(zhǔn)方法研究祝向輝1王讓定1姚靈2孫廣清1(1寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,浙江寧波)(2寧波水表股份有限公司,浙江寧波)摘要無(wú)磁水表計(jì)量精度與一由軟件設(shè)置的參考電壓有關(guān),設(shè)定的值與實(shí)際值越接近,計(jì)量越精確。為了獲取該實(shí)際值,本文在研究參考電壓自校正方法同時(shí),提出一種改進(jìn)的方法,該方法可有效地避免兩種情況:(1)急流沖擊時(shí)基表中葉輪的抖動(dòng)帶來(lái)的計(jì)量誤差;(2)參考自校準(zhǔn)時(shí)恰遇葉輪敷銅區(qū)與非敷銅區(qū)的轉(zhuǎn)換而來(lái)的誤差。實(shí)驗(yàn)證

2、明該方法一定程度上可提升無(wú)磁水表的計(jì)量精度。關(guān)鍵詞無(wú)磁水表,參考電壓,校準(zhǔn)中圖分類號(hào)TP2161文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ATheResearchOfReferenceVoltageCalibrationInNonmagicWaterMeterZhuXianghui1WangRangding1YaoLing2SunGuangqing1(1FacultyofinfmationScienceEngineeringofNingboUniversityNing

3、bo,Zhejiang)(2NingboWaterMeterCo.LtdNingbo,Zhejiang)AbstractTheaccuracyofnonmagicwatermeterrelatedtoareferencevoltagewhichcouldbesetbysoft.Thenearerreferencevoltageapproachedtothetruedatathemeaccuratelythemetermeasured.I

4、ndertogetthetruedatanotonlythemethodofreferencevoltagecalibrationwasdescribedherethisarticlealsointroducedanimprovedmethod.Thisnewmethodcouldeffectivelyavoid:(1)theerrtakenbytheditheringofbasemeterimpellerwhenstruckbysau

5、lt(2)theerrtakenbytheconversionofcopperareanmalareaofimpellerwhilecalibratingreferencevoltage.Experimentsshowedthatthemethodcouldincreasetheaccuracyofnonmagicwatermetertoacertainextent.Keywdsnonmagicwatermeterreferencevo

6、ltagecalibration0引言:如今水資源短缺日益嚴(yán)重,水流量的精確計(jì)量越來(lái)越為人們所重視。傳統(tǒng)的電子水表大都選用了電磁傳感器,如干簧管傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、韋根傳感器等,這些傳感器與水接觸,在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后,容易吸附水中的雜質(zhì),致使原本敏感的信號(hào)變得微弱,影響計(jì)量精度。而純機(jī)械的水計(jì)量系統(tǒng)受制于加工工藝,容易產(chǎn)生機(jī)械故障,且當(dāng)流體通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失,從而引起計(jì)量的偏差[1]。無(wú)磁水表中與水直接接觸的獲取信

7、號(hào)的元件并無(wú)磁性,不易吸附水中雜質(zhì),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后仍可準(zhǔn)確計(jì)量,因此無(wú)磁水表越來(lái)越受到廣大水表制造商的青睞。但無(wú)磁水表前端信號(hào)微弱,易受到外界電磁環(huán)境等噪聲的干擾,計(jì)量精度及抗干擾性能不夠理想,因此真正投入使用的無(wú)磁水表并不多見(jiàn)。本文根據(jù)無(wú)磁流量檢測(cè)原理,提出了一種精確定位前端比較器的參考電壓的方法,從而在一定程度上提升了無(wú)磁水表的計(jì)量精度。1無(wú)磁水表的系統(tǒng)構(gòu)成無(wú)磁水表采用TI公司MSP430FW427單片機(jī)為主控芯片,它與外圍擴(kuò)展的無(wú)

8、磁傳感器、電源管理、存儲(chǔ)模塊、LCD顯示、保護(hù)裝置、電磁閥門(mén)驅(qū)動(dòng)、讀寫(xiě)卡器七個(gè)模塊構(gòu)成了整個(gè)水表系統(tǒng)的主體,其系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖中的電源管理模塊可檢測(cè)電池電量以及完成必要的電壓轉(zhuǎn)換功能;而存儲(chǔ)模塊主要用于記錄用戶用水量的歷史數(shù)據(jù)以便查詢;LCD顯示模塊作為人機(jī)交互接口,方便用戶查詢用水信息或自來(lái)水公司查詢水表工作狀態(tài);保護(hù)裝置主要用于防止用戶惡意拆卸、破壞水表,器與基表葉輪之間的距離很難做到完全相同,因而導(dǎo)致實(shí)際參考電壓值的差異,如

9、果此時(shí)軟件上仍以一個(gè)固定值作為參考電壓顯然不可行。因此對(duì)于不同的無(wú)磁水表,軟件上都必須設(shè)定好相應(yīng)的參考電壓值使之接近于每塊表的實(shí)際參考電壓值,這是無(wú)磁水表計(jì)量精確的前提,該過(guò)程一般發(fā)生在水表組裝完畢之后,出廠測(cè)試之前,稱之為參考電壓自校準(zhǔn)過(guò)程。3.1參考電壓自校準(zhǔn)原理參考電壓自校準(zhǔn)原理參考電壓自校準(zhǔn)流程如圖5所示,對(duì)于某一個(gè)LC傳感器,先給一個(gè)較高的參考電壓,延時(shí)一段時(shí)間后判斷比較器輸出是否為0,若不是,則降低參考電壓,如此循環(huán)直至輸出

10、為0,記此時(shí)的參考電壓為V1;再將參考電壓設(shè)為一個(gè)較低值,延時(shí)一段時(shí)間后判別輸出是否為1,若不是,則升高參考電壓,如此循環(huán)直至輸出為1,記此時(shí)的參考電壓為V2;由V1、V2便可得出的參考電壓[5]。本文中計(jì)量模塊采用MSP430FW427單片機(jī)中SCANIF模塊,參考電壓由SIFDACRx寄存器(電壓比較寄存器)確定,對(duì)SIFCH0通道(每個(gè)SIFCHx通道對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器),其參考電壓由以下公式確定:SIFDACR0=(V1V2)2C(

11、1)SIFDACR1=(V1V2)2C(2)其中C是與硬件有關(guān)的常數(shù),本文中取10。SIFCH1通道與SIFCH0類似,這里不再贅述。需要注意的是,參考電壓修正過(guò)程所耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng),若程序中看門(mén)狗打開(kāi)的話最好在此處作一次喂狗,以防止系統(tǒng)復(fù)位。3.2自校準(zhǔn)流程的弊端分析自校準(zhǔn)流程的弊端分析實(shí)際上,參考電壓自校準(zhǔn)過(guò)程在有些情況下并不能得到準(zhǔn)確的參考電壓,主要有兩種原因,其一是急流沖擊時(shí)基表中葉輪的抖動(dòng),其二是自校準(zhǔn)時(shí)恰遇葉輪敷銅區(qū)與非敷銅區(qū)

12、的轉(zhuǎn)換。給一較大參考電壓延時(shí)適當(dāng)時(shí)間減小參考電壓輸出是否為1記當(dāng)前參考電壓為V1給一較小參考電壓延時(shí)適當(dāng)時(shí)間增大參考電壓輸出是否為0記當(dāng)前參考電壓為V2由V1、V2確定準(zhǔn)確的參考電壓NYNY圖5參考電壓自校準(zhǔn)過(guò)程鑒于基表的構(gòu)造特性,表面敷有銅的葉輪位于基表空腔內(nèi),上部由頂蓋密封,頂蓋上可放置最多4個(gè)傳感器。葉輪中心軸從下基表空腔底部上至頂蓋,水流過(guò)基表空腔時(shí),帶動(dòng)葉輪以其中心軸為支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。由于基表頂蓋批量制造時(shí)很難完全與葉輪中心軸恰好吻

13、合,此時(shí)葉輪中心軸頂部與基表頂蓋仍有一定空隙,這樣當(dāng)基表無(wú)水流通過(guò)時(shí),葉輪穩(wěn)定在基表空腔內(nèi)的底部,但當(dāng)有水流(特別是流速較快的水流)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)時(shí),葉輪會(huì)不穩(wěn)定地上下抖動(dòng),葉輪上敷的銅同樣上下抖動(dòng),當(dāng)抖動(dòng)的幅度大到一定程度時(shí),對(duì)于固定不動(dòng)的頂蓋上的傳感器來(lái)說(shuō),它獲得的信號(hào)忽強(qiáng)忽弱,此時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確地校準(zhǔn)參考電壓。但當(dāng)無(wú)磁水表已有正確的參考電壓時(shí),葉輪的抖動(dòng)并不影響計(jì)量精度。因?yàn)檎_的參考電壓是當(dāng)葉輪位于基表空腔底部時(shí)獲得的,計(jì)量時(shí)若葉輪抖動(dòng),

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