[發(fā)明專利]一種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)及其控制方法

有效

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• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103743453A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志國
• 申請（專利權(quán)）人: 上海雄風(fēng)自控工程有限公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G05B19/04
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物位計(jì)系統(tǒng)及其控制方法，特別涉及一種適用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)物位計(jì)是通過測量發(fā)射和接收UWB（Ultra?Wideband，又稱為超寬帶雷達(dá)波）脈沖的時(shí)間延遲來測量物液位高度的。物液位值H＝L-C*T/2，其中L為物料容器的長度，C為光速3×10⁸m/s，T為發(fā)收脈沖的延遲時(shí)間。雷達(dá)物位計(jì)多用來測量0-70M間物位高度，因此發(fā)收脈沖的延遲時(shí)間為NS級，如果直接處理需要采用專用高端DSP（數(shù)字信號處理）微處理器才可行，而且價(jià)格昂貴，功耗較大。而工業(yè)儀表多采用中低MCU控制器，基于ETS（Equivalent?Time?Sampling等效時(shí)間采樣技術(shù)）和微功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù)。時(shí)間放大技術(shù)關(guān)鍵是系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的差頻信號（通過差頻轉(zhuǎn)換成時(shí)間差信號）。時(shí)間放大后的回波信號經(jīng)積分放大電路轉(zhuǎn)換成幅度時(shí)間信號，然后再經(jīng)過∑-△ADC（過采樣型模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器）把幅度時(shí)間信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存放在外擴(kuò)SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）中，MCU根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析真實(shí)有效的回波，去除干擾、虛假回波信號。雷達(dá)物位計(jì)把測量得到的數(shù)據(jù)通過液晶顯示器、4-20MA和HART接口等，同時(shí)也要接收用戶的按按鍵信息，根據(jù)用戶要求配置或輸出各種信息。

雷達(dá)物位計(jì)在結(jié)構(gòu)上根據(jù)是否與物料接觸分為射空雷達(dá)（也叫自由空間雷達(dá)）和導(dǎo)波雷達(dá)，射空雷達(dá)根據(jù)發(fā)射信號原理分為調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)。脈沖雷達(dá)物位計(jì)安裝在料罐頂部，從雷達(dá)物液計(jì)天線沿自由空間向物料發(fā)射微波脈沖，微波脈沖傳播到被測物料上，在物料表面上產(chǎn)生反射并返回到雷達(dá)天線上被接收，通過測量傳播時(shí)間，根據(jù)微波脈沖的傳播速度就能計(jì)算出物位。脈沖雷達(dá)物位計(jì)具有安裝方便，微波脈沖不受溫度、壓力、蒸汽和粉塵等影響的優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)安裝在料罐頂部，沿導(dǎo)波桿（或繩）向物料發(fā)射微波脈沖，微波脈沖傳播到被測物料上，由于微波脈沖線路阻抗不匹配而產(chǎn)生反射脈沖，反射脈沖被儀表接收后，通過測量傳播時(shí)間，根據(jù)微波脈沖的傳播速度就能計(jì)算出物位。導(dǎo)波物液位計(jì)主要用于料罐空間狹小、物料介電常數(shù)低等場合。

雷達(dá)物位計(jì)的發(fā)展是從上個(gè)世紀(jì)80年達(dá)開始的，國際上具有代表性的公司有：VEGA（脈沖雷達(dá)），Saab（調(diào)頻雷達(dá)），E+H公司，Emerson公司和KROHNE公司。他們在實(shí)時(shí)性方面都沒有一個(gè)完全的論述，主要偏重于信號濾波處理、功能實(shí)現(xiàn)及虛假回波處理算法等。

在中低端單片機(jī)領(lǐng)域，系統(tǒng)程序一般采用順序執(zhí)行，一個(gè)程序執(zhí)行完成后，接著執(zhí)行另一個(gè)程序，未根據(jù)各個(gè)功能模塊的特點(diǎn)，靈活地分配系統(tǒng)資源。導(dǎo)致設(shè)備某些功能有時(shí)反應(yīng)慢，精度不高，功能單一，無法滿足復(fù)雜工況等場合要求。

在高端嵌入式領(lǐng)域中多采用實(shí)時(shí)性強(qiáng)的操作系統(tǒng)（如μC/OS-II、Linux、Vxwork和WinCE等）來執(zhí)行各個(gè)模塊功能調(diào)度控制，但由于采用實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)對硬件要求較高，而且功耗也大。工業(yè)儀表多采用兩線制4-20MA，其對系統(tǒng)整個(gè)功耗要求小于90mW，所以儀表的外圍電路加上操作系統(tǒng)的功耗無法滿足要求。

因此，特別需要一種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)及其控制方法，以解決上述現(xiàn)有存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)及其控制方法，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于時(shí)間片控制調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)物位計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)滿足了設(shè)備的實(shí)時(shí)性和可靠性。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一方面，本發(fā)明提供一種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，它包括一主控制單元及與所述主控制單元相連接的顯示單元、配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、按鍵處理單元、通信單元、4-20MA調(diào)制單元、復(fù)位單元、發(fā)射信號處理單元、回波信號采樣處理單元和擴(kuò)展單元。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述按鍵處理單元為一I2C擴(kuò)展專用集成芯片。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述顯示單元為一COG點(diǎn)陣液晶模塊，所述COG點(diǎn)陣液晶模塊上設(shè)置有I2C接口。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述通信單元為一HART集成芯片，所述通信單元通過UART接口與所述主控制單元相連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述擴(kuò)展單元為一128K?RAM芯片，所述擴(kuò)展單元與所述主控制單元之間通過DMA方式互相通訊連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述回波信號采集處理單元為一∑-△ADC集成芯片，所述回波信號采集處理單元與所述主控制單元之間通過I2C協(xié)議方式互相通訊連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述復(fù)位單元為一看門狗模塊。