CN111257628A - 一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法 - Google Patents

一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，包括以下步骤：a、放大电压跟随，通过放大电压跟随模块得到放大后的交流信号电压值；b、AD采集转换，通过AD采集转换模块转换成数字量信号；c、滤波，通过滤波模块进行低通滤波；d、峰值计算，通过峰值计算模块采集提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；e、脉冲生成，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲；f、脉冲采集，通过脉冲采集模块对脉冲进行监控；g、脉冲采集与峰值计算比较，将脉冲真实输出频率值与交流信号频率值进行比较。本发明能够使整个电路形成闭环，对输出进行监测，具有自校验功能，计数准确。

Description

一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法
技术领域
本发明涉及一种转换电路设计方法，具体涉及一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法。
背景技术
采用磁-电原理的流量测量传感器，液体流动时，传感器内部的线圈切割磁力线，就会产生微小的交流信号。流量测量传感器都存在压力损失，压力损失大小与流速有关系，而流速又与交流信号频率有关，因此测量交流信号频率尤为重要。
目前，测量交流信号频率的方法主要是通过运算放大器和比较器完成，其基本原理是通过将微小交流信号放大，再通过比较器与某定值电压比较，高于该比较值，即产生一个脉冲，通过计算单位时间内脉冲的数量，就可以得到原始交流信号的频率值。这种传统交流信号转换为脉冲信号的方法优势体现在：一是元器件数量较少，易于加工生产，且成本较低；二是整个电路为数字逻辑电路，通过硬件就能完成信号转换，无需编写软件。其存在的缺陷也较为明显，主要体现在：整个电路抗干扰能力差，交流信号转换为脉冲信号后容易出现严重的信号失真；而且整个转换过程为开环，无法对输出进行监测。当交流信号频率较低时，脉冲占空比极大或极小，严重影响后端脉冲计数准确性。
公开号为CN 102662094A，公开日为2012年09月12日的中国专利文献公开了一种电流/频率转换电路的动态特性标定方法，其特征在于：利用两台多功能校准源提供直流信号和交流信号输入，利用高速脉冲数据采集电路，实现动态特性的标定；标定用设备包括：多功能校准源A、多功能校准源B、高速脉冲数据采集电路、通讯板卡、工控机；其中，多功能校准源A为电流/频率转换电路提供直流输入，作为偏置，多功能校准源B为电流/频率转换电路提供交流输入，作为动态输入；高速脉冲采样电路对输出脉冲进行高速多点采集，实现脉冲信号到脉冲数的转换；通讯板卡作为高速数据采集电路与工控机的接口，将脉冲数上传到工控机；工控机对数据进行存储、插补处理及波形显示。
该专利文献公开的电流/频率转换电路的动态特性标定方法，电流/频率转换电路转换过程为开环，无法对输出进行监测，脉冲占空比极大，不能自行校验，影响后端脉冲计数准确，且抗干扰能力弱，容易出现信号失真。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，本发明通过峰值计算模块能有效过滤因干扰源存在而导致的信号失真，同时峰值计算模块用作反馈，使整个电路形成闭环，能够对输出进行监测，具有自校验功能，极大的提高了后端脉冲计数准确性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、放大电压跟随步骤，通过放大电压跟随模块将原始交流信号进行比例放大，得到放大后的交流信号电压值；
b、AD采集转换步骤，通过AD采集转换模块将步骤a中放大后的交流信号电压值进行采集，并转换成数字量信号；
c、滤波步骤，通过滤波模块对步骤b中转换成数字量信号的交流信号电压值进行低通滤波，所述低通滤波是指根据原始交流信号频率范围设置截止频率，去除大部分高频干扰，得到滤波后的交流信号电压值；
d、峰值计算步骤，通过峰值计算模块采集步骤c中滤波后的交流信号电压值，并提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；
e、脉冲生成步骤，根据步骤d计算的交流信号频率值，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲，且该脉冲高电平持续时间固定，后端采集脉冲电路能稳定可靠地获取脉冲频率；
f、脉冲采集步骤，通过脉冲采集模块对步骤e输出的脉冲进行监控，所述脉冲采集模块为定时器/计数器，通过步骤e输出的脉冲频率，计算单位时间内输出脉冲个数，即得出脉冲真实输出频率值，使期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号保持一致；
g、脉冲采集与峰值计算比较步骤，将步骤f得到的脉冲真实输出频率值与步骤d得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致。
所述步骤d中的峰值计算模块，根据期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号的比较结果，进行脉冲输出修正。
所述步骤d中的软件算法是指软件工作流程及计算，若放大滤波后的交流信号电压值持续大于零，通过比较得出交流信号电压最大值；若放大滤波后的交流信号电压值持续小于零，通过比较得出交流信号电压最小值；若放大滤波后的交流信号电压值持续的在大于零与小于零之间跳变，则通过比较上一交流信号频率值，设定交流信号电压最大变化范围，如果计算出的交流信号频率值与上一交流信号频率值超过最大变化范围，则丢弃此次计算结果，继续下一循环计算；所述的比较得出是通过AD采集转换模块获取交流信号电压，输入至峰值计算模块，若电压1大于0，电压2大于0，电压n-1大于0，电压n小于等于0，计算得出最大电压max，其中0<max<n；电压n小于等于0，电压n+1小于0，电压n+i小于0，电压n+i+1大于等于0，计算得出最小电压min，其中n<min<n+i+1；计算出一个交流信号电压最大值和一个交流信号电压最小值后，将软件算法中脉冲计数变量值加一，初始值为0，以此往复，最后计算单位时间内计数结果与时间的比值，即得到步骤d中所述的交流信号频率值。
所述最大变化范围是根据流体变化情况设定的，如最快流速的流体对应最大脉冲最大频率为1000Hz，那么计算得出的交流信号频率大于1000Hz时，则应丢弃此计算结果，继续下一循环计算。
本发明所述的模块是指具有计算功能的芯片，模块为单片机、复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列。
本发明的工作原理如下：
毫伏级微小交流信号输入至放大电压跟随模块，通过AD采集转换模块而后进入滤波模块，然后进入峰值计算模块，获取通过AD采集转换和滤波后信号电压，再计算得出波峰值和波谷值，最后计算得出交流信号频率值；脉冲生成模块根据交流信号频率值及修正值输出相应频率的脉冲信号；通过将脉冲真实输出频率值与峰值计算模块得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致，最终形成采集→计算→输出→比较的闭环控制。
本发明的有益效果主要表现在：
通过步骤a，能够放大信号幅值；通过步骤b，能够将模拟量的电压信号转换成数字量；通过步骤c，能够去除高频干扰信号；通过步骤d，能够采集波峰值/波谷值，计算得出频率值；通过步骤e，能够生成与交流信号频率一致的脉冲信号；通过步骤f，能够实时采集监控输出脉冲频率；通过步骤g，能够比较采集到的脉冲频率和计算出的交流信号频率，计算得出频率修正值；步骤a-g形成一个完整的技术方案，通过滤波模块能有效过滤因干扰源存在导致的信号失真，滤波模块将高频干扰去除，通过放大电压跟随模块将毫伏级信号放大至伏级信号，便于后端采集交流信号波峰值、波谷值，脉冲采集模块用做反馈，使电路形成闭环，具有自校验功能，实时采集脉冲输出频率，通过与计算波峰值/波谷值得出的交流信号频率比较，得出频率校正值，使输出的脉冲频率与交流信号频率一致，极大的提高了后端脉冲计数准确性。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：
图1为本发明的流程框图；
图2是交流信号被叠加干扰后的波形图；
图3是失真的脉冲信号图；
图4是提取出波峰值与波谷值的示意图；
图5是经过脉冲生成模块后输出的脉冲信号图。
具体实施方式
实施例1
一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，包括以下步骤：
a、放大电压跟随步骤，通过放大电压跟随模块将原始交流信号进行比例放大，得到放大后的交流信号电压值；
b、AD采集转换步骤，通过AD采集转换模块将步骤a中放大后的交流信号电压值进行采集，并转换成数字量信号；
c、滤波步骤，通过滤波模块对步骤b中转换成数字量信号的交流信号电压值进行低通滤波，所述低通滤波是指根据原始交流信号频率范围设置截止频率，去除大部分高频干扰，得到滤波后的交流信号电压值；
d、峰值计算步骤，通过峰值计算模块采集步骤c中滤波后的交流信号电压值，并提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；
e、脉冲生成步骤，根据步骤d计算的交流信号频率值，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲，且该脉冲高电平持续时间固定，后端采集脉冲电路能稳定可靠地获取脉冲频率；
f、脉冲采集步骤，通过脉冲采集模块对步骤e输出的脉冲进行监控，所述脉冲采集模块为定时器/计数器，通过步骤e输出的脉冲频率，计算单位时间内输出脉冲个数，即得出脉冲真实输出频率值，使期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号保持一致；
g、脉冲采集与峰值计算比较步骤，将步骤f得到的脉冲真实输出频率值与步骤d得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致。
实施例2
一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，包括以下步骤：
a、放大电压跟随步骤，通过放大电压跟随模块将原始交流信号进行比例放大，得到放大后的交流信号电压值；
b、AD采集转换步骤，通过AD采集转换模块将步骤a中放大后的交流信号电压值进行采集，并转换成数字量信号；
c、滤波步骤，通过滤波模块对步骤b中转换成数字量信号的交流信号电压值进行低通滤波，所述低通滤波是指根据原始交流信号频率范围设置截止频率，去除大部分高频干扰，得到滤波后的交流信号电压值；
d、峰值计算步骤，通过峰值计算模块采集步骤c中滤波后的交流信号电压值，并提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；
e、脉冲生成步骤，根据步骤d计算的交流信号频率值，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲，且该脉冲高电平持续时间固定，后端采集脉冲电路能稳定可靠地获取脉冲频率；
f、脉冲采集步骤，通过脉冲采集模块对步骤e输出的脉冲进行监控，所述脉冲采集模块为定时器/计数器，通过步骤e输出的脉冲频率，计算单位时间内输出脉冲个数，即得出脉冲真实输出频率值，使期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号保持一致；
g、脉冲采集与峰值计算比较步骤，将步骤f得到的脉冲真实输出频率值与步骤d得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致。
所述步骤d中的峰值计算模块，根据期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号的比较结果，进行脉冲输出修正。当期望输出脉冲频率为500Hz时，脉冲采集模块采集到脉冲频率为480Hz时，输出脉冲频率修正值为20Hz,即下一时刻输出脉冲模块在期望输出脉冲频率的基础上，增加20Hz再进行输出。
实施例3
一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，包括以下步骤：
a、放大电压跟随步骤，通过放大电压跟随模块将原始交流信号进行比例放大，得到放大后的交流信号电压值；
b、AD采集转换步骤，通过AD采集转换模块将步骤a中放大后的交流信号电压值进行采集，并转换成数字量信号；
c、滤波步骤，通过滤波模块对步骤b中转换成数字量信号的交流信号电压值进行低通滤波，所述低通滤波是指根据原始交流信号频率范围设置截止频率，去除大部分高频干扰，得到滤波后的交流信号电压值；
d、峰值计算步骤，通过峰值计算模块采集步骤c中滤波后的交流信号电压值，并提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；
e、脉冲生成步骤，根据步骤d计算的交流信号频率值，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲，且该脉冲高电平持续时间固定，后端采集脉冲电路能稳定可靠地获取脉冲频率；
f、脉冲采集步骤，通过脉冲采集模块对步骤e输出的脉冲进行监控，所述脉冲采集模块为定时器/计数器，通过步骤e输出的脉冲频率，计算单位时间内输出脉冲个数，即得出脉冲真实输出频率值，使期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号保持一致；
g、脉冲采集与峰值计算比较步骤，将步骤f得到的脉冲真实输出频率值与步骤d得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致。
所述步骤d中的峰值计算模块，根据期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号的比较结果，进行脉冲输出修正。当期望输出脉冲频率为500Hz时，脉冲采集模块采集到脉冲频率为480Hz时，输出脉冲频率修正值为20Hz,即下一时刻输出脉冲模块在期望输出脉冲频率的基础上，增加20Hz再进行输出。
所述步骤d中的软件算法是指软件工作流程及计算，若放大滤波后的交流信号电压值持续大于零，通过比较得出交流信号电压最大值；若放大滤波后的交流信号电压值持续小于零，通过比较得出交流信号电压最小值；若放大滤波后的交流信号电压值持续的在大于零与小于零之间跳变，则通过比较上一交流信号频率值，设定交流信号电压最大变化范围，如果计算出的交流信号频率值与上一交流信号频率值超过最大变化范围，则丢弃此次计算结果，继续下一循环计算；所述的比较得出是通过AD采集转换模块获取交流信号电压，输入至峰值计算模块，若电压1大于0，电压2大于0，电压n-1大于0，电压n小于等于0，计算得出最大电压max，其中0<max<n；电压n小于等于0，电压n+1小于0，电压n+i小于0，电压n+i+1大于等于0，计算得出最小电压min，其中n<min<n+i+1；计算出一个交流信号电压最大值和一个交流信号电压最小值后，将软件算法中脉冲计数变量值加一，初始值为0，以此往复，最后计算单位时间内计数结果与时间的比值，即得到步骤d中所述的交流信号频率值。
所述最大变化范围是根据流体变化情况设定的，如最快流速的流体对应最大脉冲最大频率为1000Hz，那么计算得出的交流信号频率大于1000Hz时，则应丢弃此计算结果，继续下一循环计算。
本发明所述的模块是指具有计算功能的芯片，模块为单片机、复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列。
通过步骤a，能够放大信号幅值；通过步骤b，能够将模拟量的电压信号转换成数字量；通过步骤c，能够去除高频干扰信号；通过步骤d，能够采集波峰值/波谷值，计算得出频率值；通过步骤e，能够生成与交流信号频率一致的脉冲信号；通过步骤f，能够实时采集监控输出脉冲频率；通过步骤g，能够比较采集到的脉冲频率和计算出的交流信号频率，计算得出频率修正值；步骤a-g形成一个完整的技术方案，通过滤波模块能有效过滤因干扰源存在导致的信号失真，滤波模块将高频干扰去除，通过放大电压跟随模块将毫伏级信号放大至伏级信号，便于后端采集交流信号波峰值、波谷值，脉冲采集模块用做反馈，使电路形成闭环，具有自校验功能，实时采集脉冲输出频率，通过与计算波峰值/波谷值得出的交流信号频率比较，得出频率校正值，使输出的脉冲频率与交流信号频率一致，极大的提高了后端脉冲计数准确性。

Claims (3)

1.一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、放大电压跟随步骤，通过放大电压跟随模块将原始交流信号进行比例放大，得到放大后的交流信号电压值；
b、AD采集转换步骤，通过AD采集转换模块将步骤a中放大后的交流信号电压值进行采集，并转换成数字量信号；
c、滤波步骤，通过滤波模块对步骤b中转换成数字量信号的交流信号电压值进行低通滤波，所述低通滤波是指根据原始交流信号频率范围设置截止频率，去除大部分高频干扰，得到滤波后的交流信号电压值；
d、峰值计算步骤，通过峰值计算模块采集步骤c中滤波后的交流信号电压值，并提取出交流信号电压的波峰值和波谷值，再通过软件算法计算得出交流信号频率值；
e、脉冲生成步骤，根据步骤d计算的交流信号频率值，通过脉冲生成模块产生相应频率的脉冲，且该脉冲高电平持续时间固定，后端采集脉冲电路能稳定可靠地获取脉冲频率；
f、脉冲采集步骤，通过脉冲采集模块对步骤e输出的脉冲进行监控，所述脉冲采集模块为定时器/计数器，通过步骤e输出的脉冲频率，计算单位时间内输出脉冲个数，即得出脉冲真实输出频率值，使期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号保持一致；
g、脉冲采集与峰值计算比较步骤，将步骤f得到的脉冲真实输出频率值与步骤d得出的交流信号频率值进行比较，若二者误差小于等于1Hz，即输出的脉冲频率与交流信号频率一致。
2.根据权利要求1所述的一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤d中的峰值计算模块，根据期望输出的脉冲信号与实际输出的脉冲信号的比较结果，进行脉冲输出修正。
3.根据权利要求1所述的一种交流信号转换为脉冲信号的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤d中的软件算法是指软件工作流程及计算，若放大滤波后的交流信号电压值持续大于零，通过比较得出交流信号电压最大值；若放大滤波后的交流信号电压值持续小于零，通过比较得出交流信号电压最小值；若放大滤波后的交流信号电压值持续的在大于零与小于零之间跳变，则通过比较上一交流信号频率值，设定交流信号电压最大变化范围，如果计算出的交流信号频率值与上一交流信号频率值超过最大变化范围，则丢弃此次计算结果，继续下一循环计算；所述的比较得出是通过AD采集转换模块获取交流信号电压，输入至峰值计算模块，若电压1大于0，电压2大于0，电压n-1大于0，电压n小于等于0，计算得出最大电压max，其中0<max<n；电压n小于等于0，电压n+1小于0，电压n+i小于0，电压n+i+1大于等于0，计算得出最小电压min，其中n<min<n+i+1；计算出一个交流信号电压最大值和一个交流信号电压最小值后，将软件算法中脉冲计数变量值加一，初始值为0，以此往复，最后计算单位时间内计数结果与时间的比值，即得到步骤d中所述的交流信号频率值。
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