目录
- 单片机电磁流量计模拟仿真设计概述
- 硬件电路仿真设计
- 软件程序设计
- 物料清单（BOM）示例
- 仿真工具推荐
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单片机电磁流量计模拟仿真设计概述
电磁流量计基于法拉第电磁感应原理测量导电液体流量，单片机模拟仿真设计涵盖硬件电路仿真、软件程序开发及物料清单（BOM）配置。以下分模块说明关键设计要点。
硬件电路仿真设计
传感器信号模拟
- 使用信号发生器模拟电极输出的微弱电压信号（μVmV级），典型频率1100Hz，幅值随流速变化。
- 仿真电路中需包含仪表放大器（如AD620）放大信号，滤波电路（低通+工频陷波）抑制噪声。
励磁电路仿真
- 采用方波励磁（如50Hz）降低极化效应，通过H桥驱动线圈生成交变磁场。
- 仿真时需验证励磁电流稳定性（如恒流源设计），线圈电感参数匹配（通常几mH）。
MCU外围电路
- 单片机（如STM32F103）需集成ADC采样放大后的信号，定时器控制励磁时序。
- 仿真验证SPI/I2C接口与LCD或上位机的通信稳定性。
软件程序设计
信号处理算法
- ADC采样后采用数字滤波（如滑动平均或FIR滤波），去除高频噪声。
- 流速计算基于公式：
V = U B ⋅ D ⋅ k V = \frac{U}{B \cdot D \cdot k}V=B⋅D⋅kU
其中U UU为感应电压，B BB为磁感应强度，D DD为管径，k kk为校准系数。
励磁同步控制
- 定时器中断触发励磁方向切换，确保采样时刻避开励磁切换瞬态噪声。
- 采用相敏检波算法提取信号幅值，提升信噪比。
用户界面与通信
- 通过LCD显示实时流量（如L/min），支持RS485/Modbus协议传输数据至PC端。
物料清单（BOM）示例
| 类别 | 型号/参数 | 数量 |
|---|---|---|
| MCU | STM32F103C8T6 | 1 |
| 放大器 | AD620（增益100） | 1 |
| 滤波器 | 二阶低通（截止频率50Hz） | 1 |
| 励磁驱动 | L298N H桥 | 1 |
| 线圈 | 定制（电感5mH） | 1 |
| 电源 | LM7805（5V稳压） | 1 |
仿真工具推荐
- 电路仿真：Proteus 8.9（含STM32模型）或Multisim。
- 程序开发：Keil MDK-ARM或STM32CubeIDE。
- 流量模拟：MATLAB Simulink验证算法逻辑。
设计需注意实际PCB布局中信号走线隔离（如模拟地与数字地分割），并通过实物校准提升测量精度。
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