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低功耗脉冲涡街流量计|数字显示涡街流量计厂家


文章日期:2017-08-20|阅读数:


  近年来,科学技术发展推动着电子产品的日新月异,同时对电子产品的各项性能指标的要求也越来越高,其中较为突出的就是产品的功耗问题,因此在保证速度的前提下尽可能地降低系统的功耗,已成为电子产品的发展趋势,系统低功耗设计在整体设计中显得越来越重要,其主要意义有:①便于电池供电,促进便携化发展;②简化设计,提高可靠性;③实现“绿色”电子,节省能源。 

低功耗脉冲涡街流量计|数字显示涡街流量计厂家价格|规格原理
低功耗脉冲涡街流量计|数字显示涡街流量计厂家价格|规格原理
  课题设计的脉冲输出型数字涡街流量计,虽不像4~20m A电流输出型涡街对整机功耗要求4m A以下这么严格,但是,为了今后继续探索4~20m A电流     输出型乃至电池供电型数字涡街流量计作准备,同时也为了减小传输电路中的能量损耗,课题也对本脉冲输出型数字涡街流量计进行了低功耗设计。 

  要设计一个较好的以单片机为核心的低功耗智能化应用系统,可以采用以下手段【63】:①选用低功耗器件;②采用低压供电,功耗与电源电压的平方成正比,降低电源电压是降低功耗的***有效的途径,故应尽量采用能低压工作的芯片;③尽量降低系统的时钟频率,从而降低系统的功耗;④采用低功耗的工作方式;⑤合理选择系统的各项技术指标,因为系统中许多技术指标都和功耗联系在一起,像运行速度、驱动能力、稳定性等,这些技术指标的提高往往以增加功耗来换取,所以,从功耗角度出发应合理选择系统各项指标;⑥采用低功耗的软件设计技术;⑦采用外围芯片内装化的单片机或DSP,这样使用起来方便、成本低、可靠性高且电源电压可以很容易降下来。 

数字涡街流量计硬件的低功耗设计:
  由上节可知,要实现系统低功耗的设计手段有许多,而如何将这些措施应用到本脉冲输出型数字涡街流量计中去,大致可从硬件和软件两方面来实现。关于软件低功耗设计将在4.5节中详细讲解,本节则重点介绍系统硬件的低功耗设计,其中关于硬件主要芯片的选型问题已在3.2~3.5节中介绍,此处不再赘述。 

1.MSP430F149单片机的低功耗设计要点 :
(1)为系统内核及外围模块选择尽可能低的工作时钟频率。单片机的功耗与工作频率成正比关系,功耗随着工作频率的降低而明显减少;但是,工作频率太低会影响指令执行速度,降低仪表的实时性要求,所以需要选择一个适当的频率值。经权衡后,主频(MCLK)由内部DCO调制的2.048MHz,同时外接32768Hz晶振作为外围模块的时钟(ACLK)。
(2)将不用的I/O端口开路并设置成输出端。
(3)适当加大管脚中用到的上拉、下拉电阻值。 

2.TMS320VC5416DSP的低功耗设计要点:
(1)使DSP适速运行。TMS320系列应用系统的功耗与工作频率,即系统 时钟(CLKOUT)成正比。在不需要DSP的全部运算能力时,可以适当的降低系统时钟频率使DSP适速运行以降低系统功耗。当时钟频率增加时,电流也相应地增加,执行一段程序代码的时间会缩短。例如,以1.2m A/MHz运行一段500个时钟周期代码,当CLKOUT为10MHz时,DSP执行需用50 μs ,所需电流为12m A;当CLKOUT增加到20MHz时,所需电流增加到24m A,执行时间缩短为25 μs 。TMS320系列执行一段程序所耗能量与器件执行快慢无关,因为该能量仅取决于DSP器件内部逻辑状态转换的数目。这样看来,似乎DSP功耗并未降低,实际上并非如此,见下图3-14所示。图3-14(a)中,DSP以全速运行代码后进入低功耗模式,而3-14(b)中,DSP在整个运行时间段上适速运行。如前所述,DSP全速运行和适速运行该段代码所耗电能是相同的;但是,在(a)中,DSP在空闲状态还要消耗能量,而(b)中将节省这部分的能量。因此,实际应用系统中并不需要DSP全部的MIPS(百万指令每秒)运算能力时,适当降低系统的时钟频率能有效地降低系统功耗。 
图3-14 DSP全速运行与适速运行消耗电流的比较

图3-14 DSP全速运行与适速运行消耗电流的比较

(2)存储器类型对功耗的影响。数据处理所在的存储环境也就是存储器的类型对系统功耗有着较大地影响。TMS320VC5416有单访问RAM(SARAM)、双访问RAM(DARAM)和ROM三种。有技术资料表明【64】:①在相同的条件下执行一段测试代码,程序在片内的ROM运行要比在SARAM中运行节省10%的能量。②执行存放在片内存储器的用户代码所耗能量要比执行存放在片外的存储器低。
(3)输出端的电容负载和直流负载的影响。输出端的电容负载会使得驱动这些输出引脚的电流增加,从而增大了DSP的功耗,所以应该适当地减小这些输出引脚的电容负载。对于DSP管脚中用到的上拉、下拉电阻也应适当加大。
(4)对未用的输入/输出引脚应视具体情况上拉或下拉为固定电平。

3.电源芯片及其他外围器件的功耗分析:
  在本脉冲输出型数字涡街流量计的硬件电路中,除了MSP430F149单片机和TMS320VC5416DSP两主芯片之外,还主要用了电源芯片78L05和TPS767D301,运算放大器TLV2254和液晶LM141。下面把它们的典型电流值列于下表。
表 3-3  电路外围芯片的典型电流值


表 3-3  电路外围芯片的典型电流值

产品价格:
价格
¥ 310.00~9346.00
起批量 ≥1 
规格型号:
加工定制 品牌 华云 型号 RDVE-Q
类型 流体振荡式流量计 测量范围 0-10000(m3/h) 精度等级 1%
公称通径 DN15~1500(mm) 适用介质 液体、气体、蒸汽、空气 工作压力 1.6或4(MPa)
工作温度 0-250(℃) 规格 DN25卡装/无显示/250°,DN32卡装/无显示/250°,DN40卡装/无显示/250°,DN50卡装/无显示/250°,DN65卡装/无显示/250°,DN80卡装/无显示/250°,DN100卡装/无显示/250°,DN125卡装/无显示/250°,DN150卡装/无显示/250°,DN200卡装/无显示/250°,DN250卡装/无显示/250°,DN300卡装/无显示/250°,温压一体型/250°+800,现场显示485通讯温压补偿/250°+1500,压力传感器+800,温度传感器+300
低功耗脉冲涡街流量计|数字显示涡街流量计厂家价格|规格原理

涡街流量计选型表

型号
RDVM
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
测量介质
液体
Y
                     
气体
Q
饱和蒸汽/过热蒸汽<300℃
B
过热蒸汽≥300℃
G
导热油
YG
仪表结构
一体型
E
分体型
R
功能类型
电压脉冲
A
电流脉冲
B
连接方式
卡装式连接
0
国际法兰连接
1
DIN法兰连接
2
ANSI法兰连接
3
结构材质
1Cr18Ni9Ti
A
其它
B
公称口径
DN15
15
DN20
20
DN25
25
DN32
32
DN40
40
DN50
50
DN65
65
DN80
80
DN100
100
DN125
125
DN150
150
DN200
200
DN250
250
DN300
300
DN350
350
DN400
400
DN450
450
DN500
500
DN600
600
特殊口径
X
公称压力
PN16
A
PN20
B
PN25
C
PN40
D
其它(***高可到30Mpa)
E
探头类型
标准型
1
特殊型
9
探头密封
石墨垫片
1
球头密封
9
防爆设计
非防爆型
A
本安防爆型
B
隔爆型
G
标定方式
标准型 (常规出厂标定)
1
特殊标定
9
供电电源
DC12V
A
DC24V
B

 

涡街流量计空气测量范围

 

口径(mm)

标准测量范围(m3/h)

可选测量范围(m3/h)

输出频率范围(Hz)

15

5-30

5-50

460-3700

20

6-50

6-60

220-3400

25

8-60

8-120

180-2700

32

14-100

14-150

130-1400

40

18-180

18-310

90-1550

50

30-300

30-480

80-1280

65

50-500

50-800

60-900

80

70-700

70-1230

40-700

100

100-1000

100-1920

30-570

125

150-1500

140-3000

23-490

150

200-2000

200-4000

18-360

200

400-4000

320-8000

13-325

250

600-6000

550-11000

11-220

300

1000-10000

800-18000

9-210

350

1500-15000

1100-24000

8-175

400

1800-18000

1500-30800

7-143

450

2100-21000

2000-35000

6-90

500

2500-25000

2000-48000

5-120

600

3200-32000

2500-70000

3.5-98


  综上所述,对本脉冲输出型数字涡街流量计硬件进行了低功耗的设计,在系统处于工作状态下时,实测电流峰值可达14m A。
  本章主要介绍了以MSP430F149单片机和TMS320VC5416数字信号处理芯片为核心的双CPU硬件结构,并分为前置放大电路,单片机采集、控制与脉冲输出电路,数字信号处理电路和电源电压转换电路四大部分进行了详细讲述,***后,阐述了对本脉冲输出型数字涡街流量计硬件的低功耗设计。 


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