基于STM32的低功耗渦街信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf_第1頁
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1、基于卡曼渦街原理的應(yīng)力式渦街流量計(jì)因其靈敏度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流量。但是,目前渦街流量計(jì)還普遍存在著兩大問題:一是低流速時(shí)信號(hào)無法檢測(cè),使得量程比受限;二是功耗較高,不能應(yīng)用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。針對(duì)這兩個(gè)問題,本文設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的低功耗的渦街信號(hào)處理系統(tǒng),采用模擬濾波和數(shù)字頻譜分析相結(jié)合的方法,對(duì)渦街傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采集和處理。
   系統(tǒng)屬于渦街流量計(jì)二次儀表的設(shè)計(jì)范疇

2、,處理的對(duì)象是壓電傳感器輸出的微弱的電荷信號(hào),本文首先分析了一次儀表中壓電傳感器輸出的渦街信號(hào)及噪聲的特點(diǎn),根據(jù)信號(hào)的特征,選用TI公司的低功耗運(yùn)算放大器TLV2252和TLV2254設(shè)計(jì)了前置放大電路,主要包括電荷放大器、程控增益放大器、低通濾波器和施密特整形電路,完成對(duì)渦街傳感器輸出的信號(hào)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波、整形等預(yù)處理,成功輸出兩路信號(hào):一是經(jīng)低通濾波器后輸出近似正弦的渦街信號(hào);二是經(jīng)施密特電路后整形出與渦街信號(hào)頻率相等

3、的方波脈沖信號(hào)。信號(hào)采集和運(yùn)算電路選用ST公司的低成本、低功耗、內(nèi)嵌Cortex-M3內(nèi)核的處理器STM32F103RBT6作為控制核心。該部分電路主要包括STM32處理器電路、串口通信電路、LCD接口電路等,完成對(duì)信號(hào)的采集、分析、計(jì)算,并控制液晶顯示出計(jì)算結(jié)果。
   軟件部分主要完成渦街信號(hào)的采集、程控放大倍數(shù)調(diào)整、頻譜分析、頻率計(jì)算和顯示等功能。開發(fā)工具是IAR Embedded Workbench for ARM,采用

4、C語言來編程。主監(jiān)控程序通過調(diào)用各種子程序模塊完成特定的功能。結(jié)合渦街信號(hào)頻率、幅值跨度范圍較大的特點(diǎn),采用固定采樣點(diǎn)數(shù),變采樣頻率的FFT算法,根據(jù)FFT計(jì)算結(jié)果,計(jì)算功率譜;最后根據(jù)信號(hào)的幅值信息求出渦街信號(hào)的頻率,既降低了測(cè)量下限,又滿足了系統(tǒng)低功耗的要求。
   本課題較好地完成了預(yù)期的設(shè)想,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路,完成了系統(tǒng)軟件的編寫和調(diào)試,并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了水流量測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、

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