[實用新型]基于ARM Cortex-M3的FFT渦街信號處理模塊

有效

• 申請號: 201220709458.0
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN203025510U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 李偉
• 申請（專利權）人: 江蘇華海測控技術有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01F1/32
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本實用新型涉及渦街流量計信號處理模塊，具體涉及基于ARM?Cortex-M3的FFT渦街信號處理模塊。

背景技術

現有的大部分渦街流量計采用傳統的放大、濾波、整形和計數處理渦街信號，量程比小，抗管道震動能力、抗噪聲能力、精度都比較差，特別是在信噪比較低的情況下，不能有效的濾除信號中的噪聲，從而導致測量誤差。

現有的一些基于數字信號處理的渦街流量計，在低功耗和實時性這兩點上不能同時滿足，比如儀表中常用的MSP430等16位單片機在滿足低功耗的同時，滿足不了信號處理的實時性；而DSP芯片雖有強大的運算能力，能滿足信號處理的實時性，但是功耗很大，不能滿足兩線制4-20mA工作要求。

發明內容

本實用新型的目的在于：提供一種基于ARM?Cortex-M3的FFT渦街信號處理模塊，該模塊通過快速傅里葉變換（FFT），對渦街信號做頻譜分析，挑選出有用信號，剔除管道震動干擾噪聲，提高渦街流量計的抗管道震動能力、抗干擾能力和測量精度。

本實用新型的技術解決方案是：該信號處理模塊由以下電子元器件連接組成，芯片STM32是ST公司的基于ARM?Cortex-M3內核的超低功耗系列32位MCU，電容C1負極接前置板的末級，電容C1正極和電阻R1的一端相連；電阻R1的另一端與電阻R2、R3、R4的一端接于一點；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時接電容C2的一端；電阻R3的另一端接電源VCC；電阻R4另一端接地；電容C2另一端接地；電容C01的一端和電容C02的一端相接并且接地；電容C01的另一端和晶振Y1的一端相接同時接STM32的OSC_IN；電容C02的另一端和晶振Y1的另一端相接同時接STM32的OSC_OUT。

本實用新型的優點是：該信號處理模塊電路簡單，選用ST公司的基于ARM?Cortex-M3內核的超低功耗系列32位MCU，其強大的功能，既保證了對信號處理的實時性，也保證了對于工業儀表中低功耗的要求，整個模塊在工作時的平均電流為2.8mA，滿足兩線制4-20mA工作，提高渦街流量計的量程范圍、抗管道震動能力、抗干擾能力和測量精度。

附圖說明

圖1為本實用新型的信號處理模塊示意圖。

圖中：1前置板，2信號處理模塊。

具體實施方式

如圖1所示，該信號處理模塊2由以下電子元器件連接組成，電容C1負極接前置板1的末級，電容C1正極和電阻R1的一端相連；電阻R1的另一端與電阻R2、R3、R4的一端接于一點；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時接電容C2的一端；電阻R3的另一端接電源VCC；電阻R4另一端接地；電容C2另一端接地；電容C01的一端和電容C02的一端相接并且接地；電容C01的另一端和晶振Y1的一端相接同時接STM32的OSC_IN；電容C02的另一端和晶振Y1的另一端相接同時接STM32的OSC_OUT。

該信號處理模塊的工作方式：渦街前置末級輸出的信號經過電容C1，電阻R1、R2、R3、R4，濾波電容C2，接STM32的AD輸入；由于渦街傳感器經過渦街前置輸出的信號是一個近似于正弦波的信號，為了STM32的AD能采集到正負半周的信號，通過電阻R3、R4將A點抬高到1/2VCC；根據奈奎斯特采樣定理，采樣率不小于兩倍的被測信號，即假設被測信號最大為1000Hz，那AD的采樣率要求不小于2000Hz；通過STM32的Cortex-M3內核專用的DSP庫對在滿足奈奎斯特采樣定理下AD采集到的信號做1024點的FFT運算，采集到的信號經過STM32做FFT運算之后，得到一段時間內信號的功率譜值，為了提高分辨率和測量精度，使用兩譜線間插值的方法對信號插值，再經過多次采集做FFT運算求平均值，得出一組新功率譜，而此功率譜中最大對應的頻率就是當前渦街信號的頻率；為了提高抗管道震動的能力，而FFT后的功率譜與信號幅值成正比的關系，所以對FFT分析后的頻率譜值加闕值判斷，當低于設置的闕值時，就判斷為管道震動干擾；整個模塊工作時的平均電流2.8mA，可以使用兩線制工作；通過PWM輸出FFT分析后的頻率給渦街表頭或二次儀表顯示。