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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（μV_{mV级），典型频率1}100Hz，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

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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