一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于儀器儀表領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高精度、大流量的智能流量計(jì)在大口徑流量測(cè)量方面優(yōu)點(diǎn)突出，因此，近年來，工業(yè)、商業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)氣體超聲流量計(jì)的需求越來越大。采用數(shù)字信號(hào)處理及糾錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的氣體流量計(jì)量方案，是大量程超聲波流量計(jì)的首選趨勢(shì)。
[0003]管段式超聲波流量計(jì)的計(jì)量原理是“時(shí)差法”。一個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)穿過管壁、介質(zhì)，到達(dá)另一側(cè)管壁后，被另一個(gè)探頭接收到，獲得第一個(gè)飛行時(shí)間tAB，同樣，第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號(hào)被第一個(gè)探頭接收到，得到第二個(gè)飛行時(shí)間tBA。由于受到流體介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差A(yù)t，根據(jù)推算可以得出流速V和時(shí)間差A(yù)t之間的換算關(guān)系，進(jìn)而可以得到流量值Q。根據(jù)時(shí)差原理計(jì)算的氣流速度，再根據(jù)體積流量計(jì)算公式，可計(jì)算出單位時(shí)間t內(nèi)，通過管段的氣體體積，從而獲得氣體體積:
[0004]Q = jt*(D/2)2* V * t
[0005]現(xiàn)有技術(shù)方案采用MCU控制高精度的計(jì)時(shí)芯片或者計(jì)時(shí)電路模塊(統(tǒng)稱計(jì)量單元)，獲得超聲波在燃?xì)饬黧w中的往返的飛行時(shí)間。再簡(jiǎn)要分析計(jì)時(shí)芯片記取時(shí)間的方法依據(jù)，來計(jì)算時(shí)間差值，從而獲得該時(shí)間范圍內(nèi)的氣體流量。
[0006]該技術(shù)要求高精度的計(jì)時(shí)單元提供的時(shí)間精度高，而且重要的是時(shí)間點(diǎn)位置必須精準(zhǔn)，計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波峰波谷也必須一一對(duì)應(yīng)。但是，計(jì)時(shí)單元采用的是波峰閾值和過零點(diǎn)來定位計(jì)算的時(shí)間點(diǎn)。改變流體速度、溫度、壓力和量程，甚至改變氣體成分的過程中，超聲波的波形特征就會(huì)有比較大的變化，直接定位計(jì)算點(diǎn)容易偏移一個(gè)甚至多個(gè)周期。對(duì)于精度至少是us級(jí)飛行時(shí)間來說，超聲波的一個(gè)周期就是幾個(gè)us，會(huì)引起流量計(jì)計(jì)量誤差超過系統(tǒng)標(biāo)定in圍。
[0007]另外，如果通過主控MCU對(duì)波形的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行直接分析，由于MCU計(jì)算能力普遍偏弱，MCU無力承擔(dān)數(shù)字信號(hào)處理過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)。
[0009]—種雙核心數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，包括主控模塊MCU、計(jì)時(shí)單元、計(jì)量模塊和顯示模塊；
[0010]主控模塊MCU與計(jì)時(shí)模塊信號(hào)連接，計(jì)時(shí)模塊的信號(hào)輸出端與激發(fā)電路的信號(hào)輸入端連接，激發(fā)電路的信號(hào)輸出端接換能器模塊的輸入端；換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過AD外設(shè)采樣模塊與計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口連接，換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過運(yùn)放、濾波、放大電路與主控模塊MCU、計(jì)時(shí)模塊連接；計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口與主控模塊MCU的信號(hào)輸入端口連接；主控模塊MCU的顯示信號(hào)輸出端口與顯示模塊的顯示信號(hào)輸入端口連接。
[0011]所述的換能器模塊包括第一換能器和第二換能器。
[0012]溫度傳感器和壓力傳感器的信號(hào)輸出端接主控模塊。
[0013]有益效果:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過雙核心數(shù)字化結(jié)構(gòu)，能改善計(jì)量精度，從而提升計(jì)量產(chǎn)品的等級(jí)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，一種雙核心數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，包括主控模塊MCU、計(jì)時(shí)單元、計(jì)量模塊和顯示模塊；
[0017]主控模塊MCU與計(jì)時(shí)模塊信號(hào)連接，計(jì)時(shí)模塊的信號(hào)輸出端與激發(fā)電路的信號(hào)輸入端連接，激發(fā)電路的信號(hào)輸出端接換能器模塊的輸入端；換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過AD外設(shè)采樣模塊與計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口連接，換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過運(yùn)放、濾波、放大電路與主控模塊MCU、計(jì)時(shí)模塊連接；計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口與主控模塊MCU的信號(hào)輸入端口連接；主控模塊MCU的顯示信號(hào)輸出端口與顯示模塊的顯示信號(hào)輸入端口連接。
[0018]所述的換能器模塊包括第一換能器和第二換能器。
[0019]溫度傳感器和壓力傳感器的信號(hào)輸出端接主控模塊。
[0020]如圖2所示，工作過程:
[0021]步驟一:主控模塊MCU初始化系統(tǒng)所有模塊和單元，使其進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，主控模塊定時(shí)喚醒低功耗模塊的組件，主控模塊MCU定時(shí)觸發(fā)電路信號(hào)開關(guān)，正向給計(jì)時(shí)芯片端發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，計(jì)時(shí)芯片通過的激發(fā)電路激發(fā)第一換能器，計(jì)時(shí)芯片記錄激發(fā)時(shí)間點(diǎn)；第一換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波并發(fā)射，第二換能器接收到第一換能器的超聲波信號(hào)后，產(chǎn)生響應(yīng)的電信號(hào)；
[0022]步驟二:電信號(hào)通過AD外設(shè)采樣模塊傳遞給計(jì)量模塊，電信號(hào)通過一系列的運(yùn)放、濾波、放大之后傳遞給計(jì)時(shí)芯片和主控模塊MCU ;
[0023]步驟三:計(jì)時(shí)芯片通過自適應(yīng)設(shè)定的信號(hào)檢測(cè)閾值范圍，檢測(cè)接收到的響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)時(shí)芯片得到一系列的時(shí)間點(diǎn)，從而得到多組正向飛行時(shí)間；
[0024]步驟四:計(jì)量模塊核心ARM內(nèi)，采樣獲得響應(yīng)信號(hào)的波形，根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)流量下的參考信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)分析，將兩種信號(hào)進(jìn)行比對(duì)后，獲得采樣信號(hào)和參考信號(hào)的基點(diǎn)偏移量，根據(jù)采樣周期和點(diǎn)位偏移量，從而獲得采樣信號(hào)的飛行時(shí)間；
[0025]步驟五:由于計(jì)量模塊比較兩種信號(hào)重合度的算法比計(jì)時(shí)芯片的閾值判斷更加可靠，確定信號(hào)所在的那一個(gè)周期；主控模塊MCU在計(jì)時(shí)芯片的多個(gè)時(shí)間值中進(jìn)行選取一個(gè)周期范圍內(nèi)的時(shí)間值，從而獲得正向飛行時(shí)間；
[0026]步驟六:主控模塊通過切換電路開關(guān)，反向給計(jì)時(shí)芯片端發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，計(jì)時(shí)芯片通過的激發(fā)電路激發(fā)第而換能器，計(jì)時(shí)芯片記錄激發(fā)時(shí)間點(diǎn)；第二換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波并發(fā)射，第一換能器接收到第二換能器的超聲波信號(hào)后，產(chǎn)生響應(yīng)的電信號(hào)；重復(fù)步驟2-5，獲得反向飛行時(shí)間；
[0027]步驟七:兩組飛行時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算獲得時(shí)間差，根據(jù)時(shí)差原理推導(dǎo)的公式，即可得到此時(shí)間內(nèi)的流體流量；
[0028]步驟八:結(jié)合壓力傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)得到流體流量進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，然后將補(bǔ)償運(yùn)算后得到的流量數(shù)據(jù)流量數(shù)據(jù)送到顯示單元進(jìn)行顯示輸出；
[0029]步驟九:當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出后，主控MCU初始化系統(tǒng)所有模塊和單元，然后進(jìn)入低功耗模式，達(dá)到節(jié)能目的，直到下一次主控MCU定時(shí)喚醒組件的信號(hào)產(chǎn)生。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，其特征在于:包括主控模塊MCU、計(jì)時(shí)單元、計(jì)量模塊和顯示模塊； 主控模塊MCU與計(jì)時(shí)模塊信號(hào)連接，計(jì)時(shí)模塊的信號(hào)輸出端與激發(fā)電路的信號(hào)輸入端連接，激發(fā)電路的信號(hào)輸出端接換能器模塊的輸入端；換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過AD外設(shè)采樣模塊與計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口連接，換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過運(yùn)放、濾波、放大電路與主控模塊MCU、計(jì)時(shí)模塊連接；計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口與主控模塊MCU的信號(hào)輸入端口連接；主控模塊MCU的顯示信號(hào)輸出端口與顯示模塊的顯示信號(hào)輸入端口連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，其特征在于:所述的換能器模塊包括第一換能器和第二換能器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，其特征在于:溫度傳感器和壓力傳感器的信號(hào)輸出端接主控模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于雙核心架構(gòu)的數(shù)字化超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，包括主控模塊MCU、計(jì)時(shí)單元、計(jì)量模塊和顯示模塊；主控模塊MCU與計(jì)時(shí)模塊信號(hào)連接，計(jì)時(shí)模塊的信號(hào)輸出端與激發(fā)電路的信號(hào)輸入端連接，激發(fā)電路的信號(hào)輸出端接換能器模塊的輸入端；換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過AD外設(shè)采樣模塊與計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口連接，換能器模塊的信號(hào)輸出端口通過運(yùn)放、濾波、放大電路與主控模塊MCU、計(jì)時(shí)模塊連接；計(jì)量模塊的信號(hào)輸出端口與主控模塊MCU的信號(hào)輸入端口連接；主控模塊MCU的顯示信號(hào)輸出端口與顯示模塊的顯示信號(hào)輸入端口連接。本實(shí)用新型通過雙核心數(shù)字化結(jié)構(gòu)，能改善計(jì)量精度，從而提升計(jì)量產(chǎn)品的等級(jí)。
【IPC分類】G01F1/66
【公開號(hào)】CN204881722
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520507814
【發(fā)明人】張文豐, 李宏兵, 方炯
【申請(qǐng)人】浙江威星智能儀表股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日