电磁流量计数据处理的程序设计
电磁流量计数据处理的程序设计
在单片机应用系统的输入信号中，虽然经过了硬件电路的滤波处理，但是信号中还含有种种噪声和干扰，它们来自于被测信号源、传感器和外界干扰等。为了实现准确测量和控制，必须对数据进行处理，以消除被测信号中的噪声和干扰[41l。本系统软件部分的数据处理程序主要涉及滤波、小信号切除和数值运算。
一、数字滤波
数字滤波，数字滤波实际上是一种程序滤波。它通过编制一定的计算程序， 减少干扰在有用信号中的比重。与常规的硬件模拟滤波器相比，数字滤波的主要优点体现在：
1)程序滤波，无需增加模拟电路，可靠性高、稳定性好，且多通道共享一个滤波器；
2)可以对频率很低的信号进行滤波，克服了模拟信号滤波的缺陷，且可． 根据需要修改滤波参数，方便、灵活。常用的数字滤波方法包括程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波和一阶惯性滤波等。然而在电磁流量计的数据采集系统中，现场干扰因素较多，不可避免地会产生尖状脉冲干扰，这种干扰一般持续时间短、峰值大，对这样的数据进行数字滤波处理时，仅仅采用常用的算术平均法时，尽管对脉冲干扰进行了1／n的处理，但其剩余值仍然较大。这种场合策略是：将被认为是受干扰的信号数据去掉，这就是我们采用的防脉冲干扰的去极值平均滤波法的原理。
去极值平均滤波方法的算法是：对连续采样的N个数据进行排序，去掉其中和最小的2个数据，将剩余数据求平均值。这个方法既可以滤去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰。在编程时，为了提高计算速度，常用移位法代替除法求得平均值，故N．2常取2、4、8等。一般在单片机的应用中为了加快数据处理速度，N可以取值6。如果处理器的速度较快，则N值可以适当取大一些。去极值平均滤波程序，通常先用冒泡法对已经转换好的数据进行由小到大(或由大到小)的排序，再去掉其中的极大和极小值，将剩下的N．2个数据求平均值，从而得到去极值平均滤波后的结果。
二、小信号切除
实际计量过程中，往往存在以下现象：在无流速时，外界振动等信号易作用于传感器，引入“误流量"信号，这种信号低于仪表的计量下限，但也被累积。而在流体正常流过时，这种弱信号被淹没，并不影响计量。为了避免“误流量"信号的出现，我们在低于下限范围内设置“切除信号"。当测量信号低于该信号时，认为是“误流量"信号，瞬时流量视为零处理，累积流量不对其进行累积；当引入信号高于该信号时，才被认为是正常流量信号。在实际实现过程中，我们通常取一个和零比较接近的常数A，当流速的值小于A时，把它当作零处理。反之，取真实流速的值加入累计流量。也就是说流速的下限值就是A。
5．3实验及结果
本课题实验的主要目的就是检验动态反馈极化控制方法对极化电压控制的准确性以及重复性，并对基于该方法设计的恒磁式电磁流量计的软硬件系统进行综合调试。由于时间和篇幅的限制，本论文未对恒磁式电磁流量计在一般导电流体流量的测量进行相关的实验和标定。
为了检验动态反馈极化控制方法对极化电压的控制能力，包括控制的稳定性以及稳定后极化电压的准确性(和设定值相比)，首先采用图5．4所示的电压信号发生电路来代替恒磁式电磁流量传感器产生的极化电压信号进行相关的实验。图5．4极化电压信号替代电路
如图5-4所示，电压源输入电压信号Ui，4个10K欧姆电阻和一个总阻值为50K欧姆滑动变阻器构成分压网络，通过改变输入电压Ui和滑动变阻器的上端电阻Rx，即可改变电极信号S1和S2的电压值。由4．3．1．3节的信号电平提升电路可知，当输入信号为零时，系统的初始零点为供电电压的一半，即1．8V， 因此本课题设定极化电压控制稳定后的值为1．8V。同时在反馈端，为了尽可能的减少纹波，正负控制电压的电压值的分别取+O．5V和．0．5V。在动态反馈极化控制方法的软件系统中，由于极化电压是直流信号，变化比较缓慢，因此本课题设置整个控制．测量过程一个周期的时间长度为4ms，且控制时段和测量时段的长度为1：1。通过改变输入电压Ui，相当于极化电压值发生变化。当输入电压ui分别为OV(相当于初始零点)、+o．5V(相当于正极化电压)和一0．5V(相当于负极化电压)时，示波器记录的单电极上极化电压稳定后的波形，以及模拟开关的控制波形如图5．5所示。3明|nlI 15∞nll l l瞄I I CH2，l RUT0 I钳讲同El (a)Ui=OV时(b)Ui=+O．5V时(c)Ui=．0．5V时(d)初始零点图5．5单电极上极化电压和模拟开关控制波形图
从图5．5(a)、(b)和(c)中不难看出，当信号端的极化电压发生变化时， 经过一段时间的调整，输出端的极化电压稳定值都是预先设定值(1．8V)，纹波的峰．峰值仅为40mV，折合到信号端的变化量仅为50I_tV，比反映流量的感应电动势小一个数量级以上，*可以忽略不计，对极化电压的控制达到了预期的效果。在图5．5中，当极化电压为零时，连接正负控制电压的模拟开关的导通时间为1：1；当极化电压为+O．5V时，连接正控制电压的模拟开关导通时间变短，相应的连接负控制电压的模拟开关导通时间延长，以抵消正的极化电压值， 但总的控制时间长度不变；相反的，当极化电压为．0．5V时，连接正控制电压的模拟开关导通时间变长，相应的连接负控制电压的模拟开关导通时间缩短，以抵消负的极化电压值，但总的控制时间长度不变。
接下来，利用在第二章中设计的恒磁式电磁流量传感器(如图2．8(b)所示)取代图5-4所示电路作为新的信号输入源。在保证恒磁式电磁流量传感器满管且无水流流动的情况下，示波器记录的系统的初始零点，如图5．5(d)所示。从图中可以看出，信号的初始零点稳定在1．8V，而且随着时间的推移，初始零点始终稳定在1．8V不变。由此可见，仪表的初始零点稳定性良好。
5．4本章小结
本章首先在前面设计的控制方法和硬件电路的基础上，对系统的软件进行了总体设计。随后详细论述了基于动态反馈极化控制方法的恒磁式电磁流量计的软件系统设计，其中主要包括中断程序和数据处理程序的设计，并给出了其相应的结构框图。最后，在硬件和软件系统都调试通过的基础上，对该恒磁式电磁流量计系统进行了定性的实验，并对实验结果进行了分析，初步验证了本课题设计方法的可行性。
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