本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種天然氣加氣站用來給機(jī)動(dòng)車輛充加燃?xì)馑脡嚎s天然氣加氣機(jī)計(jì)量控制裝置。

背景技術(shù)：

天然氣作為清潔能源，被廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。天然氣具有清潔、高效等優(yōu)勢(shì)，其熱值是人工煤氣熱值的兩倍多。同時(shí)，天然氣中，硫、粉塵和其他有害物質(zhì)的含量極低，燃燒同等質(zhì)量的化石燃料，其產(chǎn)生的二氧化碳量遠(yuǎn)少于煤炭等其他化石燃料。廣泛推廣天然氣作為主要能源，有助于延緩溫室效應(yīng)，減少環(huán)境污染。

天然氣的甲烷含量通常高于90％，是理想的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。迄今為止，天然氣在世界范圍內(nèi)已被普遍公認(rèn)為較為成熟的汽油、柴油等燃料的代用燃料。隨著天然氣被廣泛普及，大量汽、柴油汽車將被改裝為天然氣汽車。以天然氣代替汽油或柴油，改造成本低，節(jié)油和減排的效果卻十分顯著。

而目前用來給機(jī)動(dòng)車輛充加燃?xì)獾脑O(shè)備就是天然氣加氣機(jī)，其中壓縮天然氣加氣機(jī)使用量最大，壓縮天然氣加氣機(jī)，是指以壓縮天然氣(CNG)形式向天然氣汽車提供壓縮天然氣燃料充裝服務(wù)，并帶有計(jì)量和計(jì)價(jià)等裝置的專用設(shè)備。天然氣管線中的氣體一般先經(jīng)過前置凈化處理，除去氣體中的硫份和水分，再由壓縮機(jī)組將壓力由0.1～1.0MPa壓縮到25MPa，最后通過售氣機(jī)給車輛加氣。

壓縮天然氣加氣機(jī)主要由質(zhì)量流量計(jì)、微電腦處理裝置和壓縮天然氣氣路系統(tǒng)三大部分組成，其中質(zhì)量流量計(jì)是否能準(zhǔn)確、快速、可靠、高效、穩(wěn)定的測量并傳輸流體信號(hào)與數(shù)據(jù)，直接決定了壓縮天然氣加氣機(jī)是否能正常使用，而流體變送器是否可靠、準(zhǔn)確又決定了質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足市場的需求，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種針對(duì)壓縮天然氣(CNG)加氣機(jī)的科氏質(zhì)量流量計(jì)的變送器，與DN15口徑三角形科氏質(zhì)量流量傳感器相匹配進(jìn)行使用。這種基于DSP的CNG科氏質(zhì)量流量計(jì)變送器硬件，采用標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)測試，質(zhì)量流量測量為1∶12量程比、0.1級(jí)精度、重復(fù)性可以達(dá)到萬分之五精度，可實(shí)現(xiàn)流體瞬時(shí)流量、密度、累積流量、溫度、信號(hào)頻率、相位差及幅值等多參數(shù)測量；串口通訊可將瞬時(shí)流量、溫度、密度值通過RS232接口上傳至上位機(jī)，可輸出代表流量信息的脈沖信號(hào)，可輸出代表流量信息的4～20mA電流信號(hào)，系統(tǒng)掉電時(shí)可自動(dòng)保存累積流量。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型提供了以下技術(shù)方案：

1、本實(shí)用新型涉及到一種基于CNG加氣機(jī)科氏質(zhì)量流量計(jì)的DN變送器。變送器由三大模塊組成，分別是模擬信號(hào)輸入調(diào)整模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊和模擬驅(qū)動(dòng)模塊。

所述模擬信號(hào)輸入調(diào)整模塊分別由恒流源、RTD電阻溫度探測器、差分放大、AD7791數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、傳感器A、傳感器B、RKF5025高精度串聯(lián)電壓基準(zhǔn)源、OPA277高精度運(yùn)算放大器構(gòu)成，其中傳感器A 和傳感器B內(nèi)部組成模塊分別由差分信號(hào)、INA128儀用放大器、濾波器、ADS1255數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片組成。

所述模擬驅(qū)動(dòng)模塊由模擬驅(qū)動(dòng)和激振器組成。

所述數(shù)字信號(hào)處理模塊由DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器、人機(jī)接口、脈沖輸出和 SRAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器組成。

2、所述DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片上設(shè)置有一路串行外設(shè)接口SPI，用于接收AD7791數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片傳輸過來的數(shù)字信號(hào)。

3、所述DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片上分別設(shè)置有McBS PA和McBS PB接口，通過該接口分別與模擬信號(hào)輸入調(diào)理模塊中的傳感器A和傳感器B中的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片連接起來。

4、所述DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片上設(shè)置有一個(gè)多功能復(fù)用GPIO口，用于連接電可擦可編程只讀取存儲(chǔ)器、人機(jī)接口和脈沖輸出。

本實(shí)用新型的有益效果是：設(shè)計(jì)了一種基于CNG加氣機(jī)科氏質(zhì)量流量計(jì)的DN變送器，是基于數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP的CNG科氏質(zhì)量流量計(jì)變送器硬件，標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)測試，與DN15口徑三角形科氏質(zhì)量流量傳感器相匹配運(yùn)行?？蓪?shí)現(xiàn)流體瞬時(shí)流量、密度、累積流量、溫度、信號(hào)頻率、相位差及幅值等多參數(shù)測量，通過通訊串口可將瞬時(shí)流量、溫度、密度值上傳至上位機(jī)，可輸出代表流量信息的脈沖信號(hào)，而且在系統(tǒng)掉電時(shí)可自動(dòng)保存累積流量。

附圖說明

附圖是本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接示意圖。

附圖標(biāo)記說明如下：

(1)模擬信號(hào)輸入調(diào)理模塊、(2)模擬驅(qū)動(dòng)模塊、(3)數(shù)字信號(hào)處理模塊；(11)恒流源、(12)RTD 電阻溫度探測器、(13)差分放大、(14)AD7791數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、(15)傳感器A、(16)RKF5025高精度串聯(lián)電壓基準(zhǔn)源、(17)OPA277高精度運(yùn)算放大器、(18)傳感器B；(21)模擬驅(qū)動(dòng)、(22)激振器；(31) DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片、(32)電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器、(33)人機(jī)接口、(34)脈沖輸出、(35)SRAM 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；(151)差分信號(hào)、(152)INA128儀用放大器、(153)濾波器、(154)ADS1255數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；(181)差分信號(hào)、(182)INA128儀用放大器、(183)濾波器、(184)ADS1255數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型所述的一種基于CNG加氣機(jī)科氏質(zhì)量流量計(jì)的DN變送器，按照以上設(shè)計(jì)思路，以附圖為例，在具體實(shí)施上可按以下步驟進(jìn)行：

1、處理系統(tǒng)中模擬信號(hào)輸入調(diào)理模塊(1)由模擬驅(qū)動(dòng)模塊中(2)的激振器(22)去驅(qū)動(dòng)科氏質(zhì)量流量計(jì)的U型管啟震(圖上未畫出)。

2、傳感器A(15)和傳感器B(18)分別去拾取科氏質(zhì)量流量計(jì)的U型管進(jìn)口段和出口段管子震動(dòng)的頻率和振幅，經(jīng)過轉(zhuǎn)化成差分信號(hào)，再經(jīng)過放大后濾波，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，把處理好的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，送給DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)進(jìn)行數(shù)字化計(jì)算。同時(shí)也通過RKF5025高精度串聯(lián)電壓基準(zhǔn)源(16)拾取U型管的進(jìn)口處的溫度，經(jīng)過差分放大后，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，送給數(shù)字信號(hào)處理模塊(3) 進(jìn)行計(jì)算。

3、由恒流源(11)通過RTD電阻溫度探測器(12)和差分放大(13)之后，經(jīng)過AD7791數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(14)給數(shù)字信號(hào)處理模塊(3)進(jìn)行供電，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)通過計(jì)算拾取傳感器A(15) 與傳感器B(18)的流量信號(hào)和溫度信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算處理后，數(shù)字信號(hào)處理模塊(3)通過外圍接口與EEPROM 電可擦可編程只讀取存儲(chǔ)器(32)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀取。經(jīng)外圍的人機(jī)接口(33)完成數(shù)值的顯示與按鍵的操作。通過外圍的接口的脈沖輸出(34)完成4～20mA的電流與脈沖信號(hào)的輸出。通過接口與SRAM 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(35)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

4、模擬信號(hào)輸入調(diào)理模塊(1)、模擬驅(qū)動(dòng)模塊(2)和數(shù)字信號(hào)處理模塊(3)通過內(nèi)部插接口連接在一起。模擬信號(hào)輸入調(diào)理模塊(1)主要包括科氏質(zhì)量流量傳感器信號(hào)輸入調(diào)理單元和溫度信號(hào)輸入調(diào)理單元，用于完成對(duì)模擬電荷信號(hào)的放大、濾波，并通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理模塊(3) 包括了DSP(31)及其外擴(kuò)SRAM(35)、EEPROM(32)、流量變送單元、人機(jī)接口(33)單元等，用于將采集到的信號(hào)進(jìn)行算法處理，得到流量測量結(jié)果并以脈沖和電流兩種方式向外遠(yuǎn)程發(fā)送，同時(shí)通過人機(jī)接口(33)單元對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行交互處理，同時(shí)通過人機(jī)接口(33)單元對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行交互處理。

5、兩路流量傳感器信號(hào)由24位ADS1255數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(154)和(184)予以轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)上的兩路多通道緩沖串口McBSP以及兩路DMA通道傳輸?shù)紻SP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)的內(nèi)部SARAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(35)中，通過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)中的 GPIO中斷啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，以及兩路DMA接收中斷將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存放到外部SARAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (35)中。

6、一路溫度傳感器信號(hào)由24位AD7791數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(14)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)上的一路串行外設(shè)接口SPI口傳輸?shù)紻SP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)內(nèi)部SARAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(35)中。

7、人機(jī)接口(33)由LCD和鍵盤組成，兩者均通過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)上的多功能復(fù)用 GPIO口(圖上未畫出)來控制和讀寫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)特定的功能，同時(shí)與鍵盤配合完成儀表參數(shù)的設(shè)置。

8、電流模擬量輸出由一路DAC和V/I轉(zhuǎn)換電路組成，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)根據(jù)測量結(jié)果向內(nèi)設(shè)的16位DA7513(圖上沒畫出)發(fā)送數(shù)據(jù)，輸出電壓信號(hào)，進(jìn)而通過V/I轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生4～20mA電流，通過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊(31)上的多功能復(fù)用GPIO口模擬時(shí)序傳遞數(shù)據(jù)。

總之，本實(shí)用新型由于設(shè)計(jì)了一種基于CNG加氣機(jī)科氏質(zhì)量流量計(jì)的DN變送器，是基于數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP的CNG科氏質(zhì)量流量計(jì)變送器硬件，標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)測試，與DN15口徑三角形科氏質(zhì)量流量傳感器相匹配運(yùn)行?？蓪?shí)現(xiàn)流體瞬時(shí)流量、密度、累積流量、溫度、信號(hào)頻率、相位差及幅值等多參數(shù)測量，通過通訊串口可將瞬時(shí)流量、溫度、密度值通過RS232接口上傳至上位機(jī)，可輸出代表流量信息的脈沖信號(hào)，而且在系統(tǒng)掉電時(shí)可自動(dòng)保存累積流量。