無磁水表中參考電壓自校準(zhǔn)方法研究

1、無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，提出一種改進(jìn)的方法，該方法可有效地避免兩種情況：(1)急流沖擊時基表中葉輪的抖動帶來的計(jì)量誤差；(2)參考自校準(zhǔn)時恰遇葉輪敷銅區(qū)與非敷銅區(qū)的轉(zhuǎn)換而來的誤差。實(shí)驗(yàn)證

2、明該方法一定程度上可提升無磁水表的計(jì)量精度。關(guān)鍵詞無磁水表，參考電壓，校準(zhǔn)中圖分類號TP2161文獻(xiàn)標(biāo)識碼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)過一段時間使用后，容易吸附水中的雜質(zhì)，致使原本敏感的信號變得微弱，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)流體通過時會產(chǎn)生較大的壓力損失，從而引起計(jì)量的偏差[1]。無磁水表中與水直接接觸的獲取信

7、號的元件并無磁性，不易吸附水中雜質(zhì)，經(jīng)過長期使用后仍可準(zhǔn)確計(jì)量，因此無磁水表越來越受到廣大水表制造商的青睞。但無磁水表前端信號微弱，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磁水表并不多見。本文根據(jù)無磁流量檢測原理，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磁水表的計(jì)量精度。1無磁水表的系統(tǒng)構(gòu)成無磁水表采用TI公司MSP430FW427單片機(jī)為主控芯片，它與外圍擴(kuò)展的無

8、磁傳感器、電源管理、存儲模塊、LCD顯示、保護(hù)裝置、電磁閥門驅(qū)動、讀寫卡器七個模塊構(gòu)成了整個水表系統(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電池電量以及完成必要的電壓轉(zhuǎn)換功能；而存儲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、果此時軟件上仍以一個固定值作為參考電壓顯然不可行。因此對于不同的無磁水表，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，這是無磁水表計(jì)量精確的前提，該過程一般發(fā)生在水表組裝完畢之后，出廠測試之前，稱之為參考電壓自校準(zhǔn)過程。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，對于某一個LC傳感器，先給一個較高的參考電壓，延時一段時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，記此時的參考電壓為V1；再將參考電壓設(shè)為一個較低值，延時一段時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SIFCH0通道（每個SIFCHx通道對應(yīng)一個傳感器），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，參考電壓修正過程所耗費(fèi)的時間較長，若程序中看門狗打開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，其一是急流沖擊時基表中葉輪的抖動，其二是自校準(zhǔn)時恰遇葉輪敷銅區(qū)與非敷銅區(qū)

12、的轉(zhuǎn)換。給一較大參考電壓延時適當(dāng)時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適當(dāng)時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個傳感器。葉輪中心軸從下基表空腔底部上至頂蓋，水流過基表空腔時，帶動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很難完全與葉輪中心軸恰好吻

13、合，此時葉輪中心軸頂部與基表頂蓋仍有一定空隙，這樣當(dāng)基表無水流通過時，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）帶動其旋轉(zhuǎn)時，葉輪會不穩(wěn)定地上下抖動，葉輪上敷的銅同樣上下抖動，當(dāng)抖動的幅度大到一定程度時，對于固定不動的頂蓋上的傳感器來說，它獲得的信號忽強(qiáng)忽弱，此時無法準(zhǔn)確地校準(zhǔn)參考電壓。但當(dāng)無磁水表已有正確的參考電壓時，葉輪的抖動并不影響計(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獲得的，計(jì)量時若葉輪抖動，