采用DSP技术实现的超声波多普勒流量计

时间:2016-2-23 9:01:00 来源:中国超声波网 添加人:admin

  超声波多普勒流fi计可安装于管道外面。不千扰流体流动、无压力损失。而且拆装与维修传感器时+必中断生产流程,因此得到广泛的应用。然而由于流体中反射体颗粒的浓度、粒径大小性质粒f的分布及流速分布等因素的变化使得流1测置的精确度和稳定性均受到影响,解决这些问题的有效方法是进行信号的数字处理。因此,我们以TMS320F240DSP为核心。设计-款新型的超声波多普勒流量计。通过FFT变换及数字滤波等算法,很好的克服f各种十扰W素,从If较人的提高/精度和稳定性,二、超声波多普勒流量计原理简介;超声波多普勒流量计采用两个换能器,-个发射个接收。发射换能器以某特定频率向流体中发射一个声波信号,经流体中的固体颗粒或气泡反射后。由接收换能器接收,流量计检测出收波和发波的频差,该频差与流体的流速成比例关系。

  /,――发射的超声波频率;a――超声波与管轴线夹角;c―流体中的声速;a/=/2/!,多普勒频偏信号中/2是接收的超声波频率。

  三。MS320F24DSP的结构及性能概述TMS320F240SXIS|TI(德州仪器)公司为满足控制领域的应用而推出的16位定点DSP它将的忾能、低功耗的DSP内核和先进的外围接U电路结合花一起。

  指令速度为20MIPS,/IT所有指令邰可以作个50ns的单周期内执行完毕具有12个比较/脉宽调制(PWM)屯路:个16位通用定时器:个16位伞比较申/L角吒卜功能:个16位的申比较甲。儿:叫个捕狄中儿,双K)位模数转换器(ADC),it采样/转换时间人于或等十你s. 28个独立可编程的多路复用/引脚。

  串行通r;接I(SCI)和串行外部设备接U 7x16位的片内闪速E2PROM.片内544卞X16位的双端U数据/程序RAM,224K字X16位的最大可址存储器空间(64K字程序宁间。6仆Y数据宁间,64KM/0宁间和32K字的全局空间)。

  TMSM0F240采用改边的哈佛结构。芯IV内部两套独立的程序存储器总线和数据存储器总线,从而使其处理能力得到最人程度的优化,四、流量计的硬件设计超声波发射。接收和调理电路的设计该电路框图如WI所小图I超声波发射,接收和调理电路框图、发射电路采用1MHZ的高铎、+2W的低IK发射电路,信号在1.5以下管径的管道中测量,都可以可靠接收。

  接收信号由接收换能器送入以CXA09为核心的小信号处理电路,该电路包括小信号高增益放大电路、自动壤溢控制电路。陶瓷滤波的带通选灞电B和多普勒频偏解调电路。从该电路解调出来的频偏信号(2KHZ以下)经M轴传线远传肀仪衣。在仪表输入励先经mHC04组成的截止频率为2.5KHZ的四阶巴特沃斯低通开关电容波瞿。滤除A频t扰,送入由GF289纽成的全隔离放大器,输出的标准信号由DSP进行采样处理全隔离放大SM离收波K线模拟信号部分和数字系统。

  数字系统的妯件设计该统以TMS:以心器件。外加t它辅助电路及设备构成,K构成框ffi如所示。

  扩两‘7(’99组成32K字的外部RAM,供处理数据用:扩展28X32点阵的LCD显示思作为表汉字输出显示器。扩展4X4键盘,用来输入各种参数及调整仪表用;扩展10位串行D/A(TLC5615)和电压-电流转换器(AD694)输出4-20raA标准电流信号,由AD694向TLC5615提供2V的电压基准;扩展2K字节的串行EEPROM 24C02作为运算常数和仪表输入置的不怕掉电存储体。

  超声波流量计系统框图整个数字系统硬件设计简单、实用,充分利用了TMS320F240的现有资源。0CMLCD显承器接L简单,其数据U与DSP的低8位数据线D0―D7接tl;ASK是状态指示信号,ASK=H,表示不能接受输入,ASK=L,表示可以接受输入;ANSWER是数据和命令的写选通输入端。ASK直接接READY,解决了较慢速的LCD和快速的F240之间的接U问题。而平时,ASK为低电平,不影响存储器等外部设备的工作。因为/扩展只有一个LCD显示器,所以就用I/O扩展选通线瓦直接作为LCD的选通信号接到ANSWERh,可见LCD的地址选择是任息的。串行D/A转换器TLC5615带有SPI串行外设接口,和F240的SPI正好接U.而24C02因为是It总线接U,该芯片并不经常被访问,且要求内部数据要被可靠保存,所以单独用两根I/O线来访问。4X4键盘由内部定时器的20ms中断来扫描,进行软件识别。

  系统由核心器件TMS320F240进行操作和管理。

  五、软件设计软件实现的功能士:要有:1)数据的采和处理。数据处埋主要采用FFT频谱分析和数t滤波技术,得到可靠的流速信号。由于fr:低流速和高流速时频偏差距较人,为保证测置精度在全置程范围内的均匀性和较高的反应速度,也FFT变换时,其采样点数应具有相应的变化。在高、低流速情况下,分别采用2048点,1024点、512点和256点的FFT变换:的曲线输出,便于安装和掌握系统的工作情况;全部采用中断技术,使实时键盘描、内部时钟计时及数据采集处理等部分相互独立。并将时钟计时设为谅高优先级中断;采用内部看门狗来提高程序的抗十扰性。

  六、结束语该流置计由于采用/DSP技术,极大的提高f多普勒流置计的重复性、稳定性以及测精度。目前,我们侧重考虑仪表应有较快的反应速度,在此前提下进行设计,其精度可达到1%以上通过进一步优化软、硬件系统,其性能进一步提高的空间较大。

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