基于STM32的超声波流量计硬件系统的设计

针对传统流量计在测量流体流速时存在安装繁琐、运输复杂等问题,设计了新型的基于多普勒法的超声波流量计。该系统以STM32为开发平台,主要设计了超声波发射电路、超声波接收电路、功率放大电路、回波信号处理及滤波电路、STM32最小系统及其外围电路等。为方便频移信号处理,提出了把回波信号解调到中频带20 k Hz上,这样提高了系统在低流速测量的精确度。采用FFT算法对系统采集的频移信号进行频谱分析,最终根据计算的频移值来确定流体的流速。实际结果表明,该系统尤其适用于大管径流量测量且测量精确度较高,误差在5%之内,具有安装、运输便捷等一系列优点。     

电阻层析成像系统的设计

针对传统的电阻层析成像系统存在的精度低、稳定度差、动态响应慢的问题,设计了一种新型的ERT测量系统。主要从硬件电路设计及微弱信号处理着手,提出了解决方案。硬件部分主要设计了激励信号源、电流源电路、电极选通逻辑控制电路、程控放大、乘法解调、低通滤波等功能电路,实现了对ERT微弱信号的调理。以STM32F4作为主控芯片,采用模数转换器AD7606实现了数据采集,提高数据采集系统硬件电路的性能,提高系统的稳定性、实时性和数据精度。     

基于TMS320F28335的超声多普勒流量计

针对当前超声波多普勒流量计电路设计复杂的现状,以TMS320F28335作为核心控制芯片,采用连续波超声多普勒测量方法,设计管道流量测量系统。给出详细的系统设计框图,对利用软件实现差频信号的解调的可行性进行了分析,给出软件设计流程图。结果表明;该设计能简化系统硬件设计,同时具有较高的动态响应能力和测量精度。     

超低功耗、高精度矿用超声波气体流量计系统研究

针对传统超声波流量计测量精度低、功耗偏高等问题,对流量测量原理、低压驱动换能器、信号接收发送、系统功耗等方面进行了研究,提出了基于时差法的测量电路、前端激励信号驱动放大电路以及后端信号处理电路的具体实现方案,同时归纳了流量测量精度和系统功耗的影响因素,提出了相应针对措施,设计了一种以超低功耗单片机EFM32和高精度时间测量芯片TDC-GP22为核心元件的新型超声波流量计,利用流量标定装置对该新型超声波流量计进行了标定实验。研究结果表明,该新型超声波流量计能实时采集气体流量、浓度、气压和温度等参数,且测量精度较高、功耗极低,有一定的实际推广应用价值。     

电压与增益联合调节的超声波流量计研制

超声波流量计作为无阻碍式的流量测量仪器,被广泛应用于供水、石油、化工以及电力等工业场合,超声波换能器驱动电路直接影响着超声波发射功率和接收信号。文中首先介绍了超声波流量计换能器驱动电压和回波信号增益可联合调节的设计方案,其次描述了该方案实现的硬件电路原理及软件控制流程,最后通过试验证明通过对换能器驱动电压及回波增益的联合调节,超声波流量计可在不同工况下采用不同驱动电压和回波增益,有效增加换能器驱动功率,保证回波信号的幅值大小,提高其信噪比,对减小超声波流量计的测量盲区、增加测量距离、提高测量精度与稳定性等方面均有重要作用。     

时差法在超声波气体流量计中的应用研究

为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件.以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,并用集成红外遥控接收芯片CX20106A和单稳态触发器4013构成了信号调理电路,实现了对固定波形的稳定检测.利用高精度的时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时芯片,实现了极低风速的测量.实验测试表明:设计的硬件电路具有良好的性能,测量风速分辨力可以达到0.1 m/s,提高了气体流量的测量精度.     

基于TDC-GP2的超声波气体流量计的研制

针对传统型超声波气体流量计精度不高的弱点,提出一种基于TDC-GP2时间芯片测量的系统设计,采用时差法测量原理,选用大口径晶片(直径15 mm)的超声波换能器,采用单一正电源供电的设计思路,基于中点电压法设计同相放大电路获取初级超声波信号,基于反相放大器的自动增益控制(AGC)电路实现信号幅度的恒定,设计了二阶带通滤波器电路用于放大电路产生噪声的滤除,设计了阈值可变的比较电路从而准确产生了用于计时的方波,并控制时间芯片TDC-GP2实现了时间差的精确测量。对整个硬件系统进行了测试,结果显示超声波气体流量计的精度达到1级。     

移频信号测试仪的设计

设计基于TMS320F2812的移频信号测试仪检测移频信号,保证列车行车安全。利用欠采样技术、快速傅立叶变换和Hilbert变换分析移频信号的频谱特性,从硬件电路和软件设计上采取措施,提高移频轨道电路测试仪的抗干扰性,保证测量精度,将误差控制在允许范围内。通过实验验证,该仪表达到预定设计目标。     

基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计

针对工业现场超声波流量计要求较高精度,简化现场布线,对安装现场进行监控预警又要远距离传输数据的需求,设计了一种基于物联网MQTT协议和ESP8266芯片的高精度超声波气体监控系统。使用DHT22测量温湿度、MQ-4测量甲烷浓度。为提高超声波流量计的精度,使用Z式探头安装法与MAX35104高精度气体测量芯片。采用STM32F103ZET6作为主控MCU,实现对外围电路的控制及数据处理。为实现远程控制与无线传输数据,采用ESP8266芯片通过网络传输数据。实验证明,该系统实现了测量现场的布线简化、危险环境监控和远程数据传输,可以进行气体流量测量,成本较低,可靠性高。     

大口径超声波流量计高精度低功耗方案设计

针对影响超声波流量计测量精度和功耗的关键环节——超声波时差测量,设计了以超低功耗处理器EFM32G880F128为控制核心,以高精度、低功耗的超声波模拟前端芯片TDC1000和数字转换芯片TDC7200构成时差测量电路的控制系统,较好地控制了在回波信号的放大及接收过程中产生的误差及功耗,有效地提高了电池供电、大口径超声波流量计的测量精度,降低了产品功耗。经过检验,其测量误差低于1%,能够满足市场需求,具有良好的应用前景。     

TDC-GP21在超声波传播时间测量中的应用

在超声波应用中,超声波传播时间的测量精度非常关键.提出了基于STM32F103单片机和TDC-GP21芯片的超声波传播时间测量方案和一种提高过零点检测精度的测量原理及高信噪比过零点选择比较电路.系统实现的时间检测精度为10 ns量级.     

基于STM32单片机的窨井探测仪设计

设计以STM32F103单片机为核心控制,以压电式电声型超声波换能器为逻辑控制的系统方案,包括单片机系统主控制电路、超声波换能器发射电路、软件程序编写以及测试结果信号分析等,测试结果证明达到误差要求。     

基于超声波多普勒效应的管道流速测量的研究

时差法作为一种传统的测流原理,由于存在安装难度大、机械制造精度要求高和时间截取准确度要求高等因素,造成时差法测流存在一些不确定性,可能无法实时准确地反映水层的瞬时流速。针对上述问题,运用超声波多普勒效应,即水层与流速仪存在相对运动时,声波的反射信号将产生相应的多普勒频偏,研究并设计了一套完整的以STM32F407VGT6为核心处理芯片的超声波发射电路和微弱超声波信号接收处理电路,介绍了基于复调制的Zoom FFT的基本原理,同时成功地运用到了管道流速测量的算法当中,并取得了良好的测试效果。     

基于双频超声波多普勒的血流量测量理论模型及仿真

文章提出双频超声波多普勒血流量测量的理论模型,并加以理论证明,在此基础上通过Matlab对其进行仿真,得到双频超声波多普勒血流量测量的理论结果.即两束多普勒信号虽然载波的频率不同,但是经过带通滤波和低通滤波等一系列处理后,两柬多普勒频移信号的频谱分布规律没有发生改变.经运算可使多普勒频移信号得到加强,而噪声信号的功率谱得到有效抑制.     

基于STM32接触网弹性吊索张力检测装置的研制

针对电气化铁路接触网的建设和日常维护的需求,研制了一种便携式弹性吊索张力检测装置。将静力横张法测力原理作为测量张力的基本方法,以STM32F103C8T6作为主控芯片,完成了信号采集和处理电路、电源管理模块电路、按键与微处理器的接口电路、液晶显示接口电路等硬件电路的设计,并完成了整个系统的软件设计。最后通过实验,验证了该装置在测量弹性吊索张力方面具有较高的精度。该装置在实际使用中已取得了良好的效果。     

超声波多普勒黏度检测仪

针对传统落球黏度计透光受限且测速不准的缺点,介绍一种新型超声波多普勒黏度检测系统.该系统根据超声波多普勒频移原理,基于相位比对法,以CPLD(MAX7128)芯片为硬件栽体建立一套频差检测电路,对落球反射声波产生的频差进行测量;采用DSP(TMS320VC5402)作为系统的CPU,读取CPLD测得的频差数据并带入黏度推导公式得出黏度值.试验结果表明该系统测量精度优于传统落球黏度计,较好地解决了传统落球法透光受限且测速不准的问题.     

基于STM32的碳纳米纸传感器信号采集系统设计

针对检测碳纳米纸传感器电阻值的需求,设计了一种基于STM32F407的碳纳米纸传感器多通道数据采集系统。系统以STM32F407单片机为主控芯片,经过信号的转换与放大,将碳纳米纸传感器的电阻信号转换为便于直观测量与分析的电压信号,然后经过AD7606转换成数字信号,STM32F407采集AD7606的转换结果并通过以太网接口向上位机发送,同时将采样数据存储到Micro SD卡中。采用LabVIEW设计上位机软件,实现实时数据的波形显示,同时将数据存储成TDMS数据文件。数据采集结果通过与34401A万用表所测量的电阻值进行比较,结果表明采集器的测量误差率低于2%。因此,设计的采集系统采样精度高、数据采集结果稳定可靠,满足高频数据采集的需求。     

铁路移频信号处理方法研究

提出一种基于数字信号处理技术的识别轨道绝缘节点和解调低频信息的方法,用于LKJ-N列车监控记录装置校正计算前方信号机距离和提供行车指示。首先分析了目前国内使用较为广泛的UM71、ZPW2000、国内移频等轨道信号制式,并针对这些信号制式给出识别轨道绝缘节的详细方法,并利用MATLAB进行算法的仿真与验证。同时以TI公司的32位DSPTMS320F2801为数据采集和处理核心设计硬件电路,实现信号的解调、频谱分析等功能。系统采用模块级冗余、双总线冗余设计,保证系统可靠性。该系统已于2012年2月通过铁道部技术鉴定,并在昆明等路局试用,运行平稳可靠。     

选带细化超声流量计试验分析

文中研究一种用于工业密闭管道流体流量测量的新型超声波多普勒流量计。采用中频调制为基础提取流体流速的方向信息，引入选带细化频谱分析技术（Z00M—FFT）对解调后的超声波多普勒信号进行频谱估计，并以此为基础计算管道流量。该方法能判断流速的方向；降低流速测量下限；提高了流速测量的动态响应速度、实时性以及稳定性。实验表明选通细化超声流量计准确度等级为1．5级。     

单波束声学多普勒流速仪设计

随着现代科技的发展,声学多普勒原理在高科技电子测量设备中得到广泛应用。利用声学多普勒原理进行测速具有测量范围大、测量数据准确、对流场影响小和可用于极低流速测量等特点。在单探头声学多普勒流速仪中,设计一套完整的以STM32F407为核心处理芯片,以及超声波发射电路和小信号超声波接收电路。但是水声环境相当复杂,在高干扰情况下测量结果和真实值存在较大误差。利用卡尔曼滤波技术对流速仪测量的数据进行实时的滤波处理,并且添加自相关算法提高实验数据精确度,进一步优化实验结果。在自然环境下的小河中实验,滤波效果令人满意。