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超声波明渠流量计电路设计
编辑:杭州拓胜自动化仪表有限公司  时间:2017-05-03

  超声波明渠流量计换能器驱动电路设计

驱动部分负责超声波明渠流量计对CPLD输出的触发信号进行功率放大,并用放大后的信号去驱动超声波传感器发出超声波。超声波传感器的振子将接收到的声信号重新转化成微弱的电信号,接收电路负责对这个信号进行限幅、放大,并用电压比较器进行比较,将处理后输出的信号输入CPLD进行后续处理。

 超声波明渠流量计在驱动电路的设计上,首先将CPLD输出的驱动信号提升至15V左右,然后,采用推挽方式驱动大功率MOSFET开关管IRF540N以超声波的频率进行高速开闭,控制升压变压器,使24V的输入电压升至200~400V,从而驱动传感器发射出超声波。

2.3.2 超声波接收电路设计

在接收电路的设计上,

 超声波明渠流量计首先对回波信号进行滤波和限幅,然后使用一片优质的音频放大器芯片NE5532进行2级放大,将10~50mV的微弱信号放大至5V,得到需要的输出。回波信号被放大之后,仍然是一个模拟的信号,不能直接输入CPLD进行处理,为此还必须进行进一步的信号处理。将其输入电压比较器和预定的门槛电压进行比较,得到对应的数字信号,才能将这个信号输入CPLD进行处理。

2.4 外围接口电路和电源设计

 超声波明渠流量计该流量计的外围设备主要是一块LCD显示屏和一个4×4的小键盘。LCD选择16字符×2行的字符型液晶显示模块,用来显示流量计的工作状态和信息。4×4键盘主要完成系统的参数设定、功能控制以及状态切换等任务。它与显示单元联系在一起,共同实现了流量计的人机交互功能。

整个流量计的供电电源采取2种方式产生:一是直接从PC机的USB接口获取+5V电源,其电流大可达500mA,该方式主要用于系统的调试阶段;二是外接直流电源至电路板,经三端稳压器7805后产生稳定的+5V电源,该方式可用于系统独立工作时的电源。为了保证系统在野外环境下正常稳定工作,采用太阳能电池作为后备电源。

3 超声波明渠流量计的软件设计

该系统软件设计包括3方面的内容:EZ-USB单片机的固件(firmware)设计[4]、PC机驱动程序设计[4-5]及CPLD的软件设计。前2方面的设计可参考相关文献,CPLD的软件划分为传感器信号切换和N分频电路模块、时间测量电路模块、频率测量电路模块等3个模块。采用ALTERA公司推出的第3代PLD开发系统MAX+PLUSII软件进行开发,用硬件描述语言VHDL实现,本文不作赘述。

4 GPRS无线数据传输终端设计方案

 超声波明渠流量计 GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似,因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。

该设计中GPRS无线数据传输终端(简称DTU)设计的原理框图如图3所示。该系统主要包括以下几个部分:16位RDCR1122低功耗嵌入式微处理器, 

超声波明渠流量计Siemens公司高性能工业级GPRS模块MC39I,256kBSram&512kBFlash.RS232/485/TTL收发器模块用来连接流量计主机,对采集到的流量数据进行分析和处理.该DTU采用高性能嵌入式处理器,以实时操作系统为软件支撑平台,内嵌TCP/IP协议栈,从而为用户提供高速可靠的虚拟专用网络,能够支持语音、短信、数据触发上线以及超时自动断线的功能,同时也支持双数据中心备份,以及多数据中心同步接收数据等功能。


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