CN109945932A - 低功耗快速响应涡街流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动跟踪数字滤波电路的涡街流量计，包括：涡街信号预处理电路、CPU处理电路、键盘输入电路、显示电路，自动增益电路、可控滤波器电路和测量输出电路，预处理电路将涡街流量信号采集、放大后分两路输出，一路直接输入到CPU处理电路的A/D采集端口，另一路输入到自动增益电路，由自动增益电路进行放大后输入到可控数字滤波器电路，显示电路显示键盘输入和检测结果的信息，整机通过测量输出电路输出。本发明的有益效果是：兼顾处理高频涡街信号时，硬件滤波响应速度快，和处理低频涡街信号时软件滤波准确的优点，实现了低功耗，且测量结果采用两线制模拟信号输出形式和/或与适配的其他设备相连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种计量仪器。特别是涉及一种用于测量气体、液体、蒸汽流量的带有自动跟踪数字滤波电路的涡街流量计。
背景技术
涡街流量计，是根据卡门涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量，或者，质量流量的体积流量计。广泛用于各种行业气体、液体、蒸汽流量的计量，也可用于测量含有微小颗粒、杂质的混浊液体，并可作为流量变送器广泛用于自动化控制系统中。
传统的涡街流量计电路大多采用有源滤波的硬件方式滤波，或者，采用数字滤波的软件滤波方式进行滤波，使用硬件方式滤波用来处理涡街信号时，处理涡街信号的响应速度快，并且，几乎没有延时，但这种有源滤波电路的处理方式相对于涡街量程的下限信号来说，处理效果并不十分理想。而采用软件滤波的方式对涡街量程中、下限的低频信号进行处理时，涡街信号采集的准确性及稳定性效果明显优于有源滤波电路的处理方式，有效地拓展了涡街信号的可测范围，但采用软件滤波方式的数据运算量非常大，处理涡街信号的响应速度慢，延时较长，对硬件系统的电源要求高，功耗大，不能按工业信号的输出标准，将涡街电路设计成两线制模拟信号输出形式的仪表，制约了涡街流量计的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种兼顾处理高频涡街信号时，硬件滤波响应速度快，和处理中、低频涡街信号时，软件滤波准确的优点，又实现了低功耗，且测量结果采用两线制模拟信号输出形式的涡街流量计。
本发明所采用的技术方案是：一种低功耗快速响应涡街流量计，包括：涡街信号预处理电路、CPU处理电路、键盘输入电路、显示电路，自动增益电路、可控滤波器电路和测量输出电路，所述的预处理电路将涡街流量信号采集、放大后分两路输出，一路直接输入到所述的CPU处理电路的A/D采集端口，另一路输入到所述的自动增益电路，由所述的自动增益电路进行放大后输入到所述的可控数字滤波器电路，所述的显示电路显示所述的键盘输入和检测结果的信息，检测结果的信息还可以通过所述的测量输出电路输出。
所述的测量输出电路，包括：频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，通过所述的频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，把涡街流量计的输出信息与适配的其他设备相连接。
所述的CPU处理电路U1采用的是TI公司的系列单片机，型号是MSP430，通过外接存储器U6来增加内存容量，所述的预处理电路的芯片采用TI公司的放大器，型号是INA126，所述的可控滤波器电路芯片U2采用的是开关电容滤波芯片，型号是MAX281。
本发明所的有益效果是：既保持处理高频涡街信号时，硬件滤波响应速度快，和处理低频涡街信号时软件滤波准确的优点，又实现了低功耗，且测量结果采用两线制模拟信号输出形式。
附图说明
图1是本发明电路构成方框图。
图2是本发明电路的电原理图。
图3是本发明CPU处理电路的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明电路构成方框图；如图1所示，本发明工作原理是，本发明自动跟踪数字滤波电路的涡街流量计，包括：涡街信号预处理电路、CPU处理电路、键盘输入电路、显示电路，还包括：自动增益电路、可控滤波器电路和测量输出电路，预处理电路将涡街流量信号采集、放大后分两路输出，一路直接输入到CPU处理电路的A/D采集端口，另一路输入到自动增益电路，由自动增益电路进行放大后输入到可控数字滤波器电路，显示电路显示键盘输入和检测结果的信息，检测结果的信息还可以通过测量输出电路输出。
测量输出电路，包括：频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，通过频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，把涡街流量计的输出信息与适配的其他设备相连接。
CPU处理电路采用的是TI公司的系列单片机，型号是MSP430，通过外接存储器U6来增加内存容量，预处理电路的芯片采用TI公司的放大器，型号是INA126，可控滤波器电路芯片U2采用的是开关电容滤波芯片，型号是MAX281。
图2是本发明电路的电原理图；如图2所示，在涡街流量信号处理系统的硬件电路设计中，增加了自动增益电路和数字可控滤波器电路；在软件设计中，在原有的频率采集和信号频谱分析的基础上，增加了信号处理方式的智能控制软件。
系统开始工作时，首先由CPU处理电路的A/D端口，对涡街流量信号预处理电路放大后的信号进行采集，并计算信号的频率范围，以及信号幅值，然后，根据信号幅值变化的大小，通过CPU处理电路的I/O端口控制自动增益电路，使输入可控滤波器的信号幅值保持在一定范围内变化，并根据频率的大小控制可控滤波器的滤波范围，从而，使信号的滤波效果达到最佳值。
当CPU处理电路监测到涡街流量信号的频率低于某一设定值时，CPU处理电路便自动切换到频谱分析模式，对低频信号进行软件滤波处理，从而，保证了低频信号的处理效果。
预处理电路将涡街流量信号采集放大后分两路输出，一路直接输入到CPU处理电路的A/D采集端口，另一路输入到自动增益电路进行定值放大后输入到可控数字滤波器，进行低通滤波处理，CPU处理电路以循环的工作方式对可控滤波器频率输出进行采样，得到首次采样频率值后，如果该频率值大于CPU处理电路的内部设定值时，则输出与采样频率相当的控制时钟频率到滤波器后再次采样，计算频率值进行显示和/或通过测量输出电路输出.如果首次采样频率值小于CPU处理电路的内部设定值时，则CPU处理电路自动转入频谱分析模式，通过CPU处理电路的A/D采集端口对处理信号进行采集并进行软件滤波处理，从而提高低频信号的采集精度.
预处理电路芯片U1采用TI公司的INA126放大器，与外围的电阻R1、R2、R4及电容C1、C2一起构成信号预处理电路，放大后的信号通过电容C1、C2分别耦合到CPU处理电路的低流量输入端和可控滤波器的输入端。自动增益电路是运用光电原理来实现的，RR1为光敏电阻，DD1为发光二极管，当预处理电路信号输出幅值发生变化时，由CPU处理电路的A/D(L流量输入)端口检测信号幅值变化大小，根据预定幅值计算D/A端口电压的变化幅值，从而控制场效应管Q1的导通电流，改变发光二极管DD1的亮度；当发光二极管DD1亮度变化时，光敏电阻RR1的阻值也会随着变化，从而改变预处理放大器U1的放大倍数以控制预处理放大器U1输出信号幅值的变化，达到稳定信号输出幅值的目的。可控滤波器电路芯片U2采用的是MAX281开关电容滤波芯片，该芯片是通过时钟的频率来控制涡街流量上限滤波频率的，时钟是由CPU处理电路的I/O端口提供，该时钟频率根据采样频率的大小进行动态跟踪锁定，使可控滤波器电路芯片U2达到最佳的滤波效果。
图3是本发明CPU处理电路的电原理图；如图3所示，运算处理电路的CPU采用的是TI公司的MSP430系列单片机，通过外接存储器U6来增加内存容量，以便满足低频时频谱分析运算的大内存需要。其中，低流速信号使用D/A端口输入，时钟和频率输入使用普通I/O口输出输入。
本发明在保证涡街流量信号处理准确、稳定的基础上，既保持了高频涡街流量信号时硬件滤波响应速度快和低频涡街流量信号软件滤波准确的优点，又实现了低功耗的两线制电路设计，弥补了行业空白。通过对低频段涡街流量信号采用软件数字滤波的方式提高涡街流量信号的测量精度，对高频率段涡街流量信号采用硬件可控滤波方式，即，通过软件实时跟踪、锁定的滤波方式滤波，从而，有效地提高了滤波精度。两种滤波方式的结合，不仅极大地拓展了涡街流量计的可测量范围，而且，整体功耗低，完全能够将整个系统设计成两线制模拟信号输出形式，从而弥补了采用单纯高频或中、低频滤波方式的不足。
值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构对所述预处理电路和可控滤波器电路进行改进。只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种低功耗快速响应涡街流量计，包括：涡街信号预处理电路、CPU处理电路、键盘输入电路、显示电路，其特征在于，还包括：自动增益电路、可控滤波器电路和测量输出电路，所述的预处理电路将涡街流量信号采集、放大后分两路输出，一路直接输入到所述的CPU处理电路的A/D采集端口，另一路输入到所述的自动增益电路，由所述的自动增益电路进行放大后输入到所述的可控数字滤波器电路，所述的显示电路显示所述的键盘输入和检测结果的信息，检测结果的信息还可以通过所述的测量输出电路输出。
2.根据权利要求1所述的低功耗快速响应涡街流量计，其特征在于，所述的测量输出电路，包括：频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，通过所述的频率输出电路、D/A输出电路和通讯输出电路，把涡街流量计的输出信息与适配的其他设备相连接。
3.根据权利要求1所述的低功耗快速响应涡街流量计，其特征在于，所述的CPU处理电路U1采用的是TI公司的系列单片机，型号是MSP430，通过外接存储器U6来增加内存容量，所述的预处理电路的芯片采用TI公司的放大器，型号是INA126，所述的可控滤波器电路芯片U2采用的是开关电容滤波芯片，型号是MAX281。
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113193812A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-30 | 中国北方车辆研究所 | 一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统 |
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2017
- 2017-12-21 CN CN201711389430.7A patent/CN109945932A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113193812A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-30 | 中国北方车辆研究所 | 一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统 |
| CN113193812B (zh) * | 2021-05-08 | 2024-04-26 | 中国北方车辆研究所 | 一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统 |
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