[發(fā)明專利]高精度低功耗超聲流量計(jì)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077363.5
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN104897219A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春麟;李存榮;王斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西多奇電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01F1/66
• 分類號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.高精度低功耗超聲流量計(jì)，主要由單片機(jī)、時(shí)間測(cè)量芯片、雙驅(qū)動(dòng)電路、上游發(fā)射電路、下游發(fā)射電路、上游超聲探頭、下游超聲探頭、上游接收電路、下游接收電路、信號(hào)調(diào)理電路、時(shí)鐘芯片、鍵盤、液晶屏、RS485通信模塊組成。單片機(jī)內(nèi)部至少含有1個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器、1個(gè)12位D/A轉(zhuǎn)換器、1個(gè)SPI串行口、1個(gè)I2C串行口和1個(gè)UART串行口。單片機(jī)I2C接口與時(shí)鐘芯片相應(yīng)接口相連；單片機(jī)相應(yīng)接口與鍵盤相連；單片機(jī)相應(yīng)接口與液晶屏相應(yīng)接口相連；單片機(jī)UART接口與RS485通信模塊相應(yīng)接口相連；單片機(jī)SPI接口及中斷輸入端口與時(shí)間測(cè)量芯片SPI接口及中斷輸出端口相連；時(shí)間測(cè)量芯片發(fā)射脈沖接口與雙驅(qū)動(dòng)電路輸入接口相連；雙驅(qū)動(dòng)電路輸出接口分別與上游發(fā)射電路輸入端和下游發(fā)射電路輸入端相連；上游發(fā)射電路輸出端與上游超聲探頭輸入端及上游接收電路輸入端相連；下游發(fā)射電路輸出端與下游超聲探頭輸入端及下游接收電路輸入端相連；上游接收電路輸出端和下游接收電路輸出端分別與信號(hào)調(diào)理電路相應(yīng)輸入端相連；信號(hào)調(diào)理電路相應(yīng)輸入輸出端口分別與時(shí)間測(cè)量芯片及單片機(jī)相應(yīng)端口相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度低功耗超聲流量計(jì)，其特征是：信號(hào)調(diào)理電路由模擬開關(guān)、放大濾波1、程控放大器、放大濾波2、信號(hào)緩沖器和峰值檢波器組成。模擬開關(guān)具有3組獨(dú)立的1×2雙向開關(guān)。模擬開關(guān)輸入端A1、B1與上游接收電路輸出端相連，輸入端A2、B2與下游接收電路輸出端相連。模擬開關(guān)輸出端A3、B3與放大濾波1的差動(dòng)輸入端相連。模擬開關(guān)輸入端C1與信號(hào)緩沖器輸出端相連，輸出端C2、C3分別與時(shí)間測(cè)量芯片的上游和下游超聲回波接收器輸入端相連。模擬開關(guān)受控端D與單片機(jī)相應(yīng)I/O端口相連。放大濾波1輸出端與程控放大器輸入端相連；程控放大器輸出端與放大濾波2輸入端相連；放大濾波2輸出端與信號(hào)緩沖器及峰值檢波器輸入端相連；峰值檢波器輸出端與單片機(jī)內(nèi)A/D輸入端相連；程控放大器受控端與單片機(jī)內(nèi)D/A輸出端相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度低功耗超聲流量計(jì)，其特征是：峰值檢波器由檢波二極管、保持電容、電子開關(guān)和同相跟隨器組成。檢波二極管的正極與放大濾波2的輸出端相連；檢波二極管的負(fù)極與保持電容的一個(gè)端點(diǎn)、電子開關(guān)的一個(gè)端點(diǎn)及同相跟隨器的輸入端相連；保持電容與電子開關(guān)并聯(lián)；電子開關(guān)的受控端與單片機(jī)相應(yīng)I/O端口相連；同相跟隨器輸出端與單片機(jī)內(nèi)部A/D的輸入端相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度低功耗超聲流量計(jì)，其特征是：系統(tǒng)軟硬件工作過程如下：

⑴單片機(jī)復(fù)位，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；用戶通過鍵盤和液晶屏輸入必要的配置參數(shù)，然后按確定鍵，系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。

⑵單片機(jī)通過SPI總線向時(shí)間測(cè)量芯片發(fā)送開始測(cè)量指令，同時(shí)控制模擬開關(guān)接通下游超聲探頭通道，以便接收上游超聲探頭發(fā)射的超聲波。

⑶時(shí)間測(cè)量芯片收到測(cè)量指令后啟動(dòng)內(nèi)部的上游脈沖發(fā)生器，經(jīng)上游發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)上游超聲探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)其內(nèi)部的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。

⑷下游超聲探頭收到的回波信號(hào)經(jīng)過模擬開關(guān)、放大濾波1、程控放大器、放大濾波2后分為兩路。一路通過信號(hào)緩沖器和模擬開關(guān)送入時(shí)間測(cè)量芯片的下游超聲回波接收器。

⑸時(shí)間測(cè)量芯片在收到上游回波信號(hào)后即關(guān)閉內(nèi)部計(jì)時(shí)器，并將上游超聲波傳播時(shí)間存入寄存器，同時(shí)通過中斷口向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)。

⑹單片機(jī)收到中斷信號(hào)后，即通過SPI接口從時(shí)間測(cè)量芯片讀取上游通道的超聲波傳播時(shí)間，然后控制模擬開關(guān)接通上游超聲探頭通道，以便接收下游超聲探頭發(fā)射的超聲波。

⑺時(shí)間測(cè)量芯片在發(fā)送中斷信號(hào)后延遲一段時(shí)間，然后啟動(dòng)內(nèi)部的下游脈沖發(fā)生器，經(jīng)下游發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)下游超聲探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)其內(nèi)部的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。

⑻上游超聲探頭收到的回波信號(hào)經(jīng)過模擬開關(guān)、放大濾波1、程控放大器、放大濾波2后分為兩路。一路通過信號(hào)緩沖器和模擬開關(guān)送入時(shí)間測(cè)量芯片的上游超聲回波接收器。

⑼時(shí)間測(cè)量芯片在收到下游回波信號(hào)后即關(guān)閉內(nèi)部計(jì)時(shí)器，并將下游超聲波傳播時(shí)間存入寄存器，同時(shí)通過中斷口向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)。

⑽單片機(jī)收到中斷信號(hào)后，即通過SPI接口從時(shí)間測(cè)量芯片讀取下游通道的超聲波傳播時(shí)間。單片機(jī)根據(jù)讀取的上下游超聲波傳播時(shí)間計(jì)算、顯示、保存流速流量數(shù)據(jù).。然后重復(fù)步驟1-10.

⑾上位機(jī)通過RS485通信接口發(fā)送讀命令，本發(fā)明在收到讀命令后產(chǎn)生中斷信號(hào)，然后向上位機(jī)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)。

⑿本發(fā)明通過峰值檢波器和A/D轉(zhuǎn)換器，由軟件控制程控放大器的增益，在每次測(cè)量時(shí)都通過A/D采樣超聲回波的峰值，并通過D/A調(diào)整程控放大器的增益，確保每次上下游測(cè)量的超聲回波信號(hào)峰值相同，使得時(shí)間測(cè)量芯片對(duì)上下游時(shí)間測(cè)量的采樣基準(zhǔn)點(diǎn)相同，提高測(cè)量精度。