[實用新型]基于FPGA的超聲波液體密度計

有效

• 申請號: 201621154244.6
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN206132552U
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 邵欣;馬曉明;楊彬
• 申請（專利權）人: 天津中德應用技術大學
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 李文洋

技術領域

本實用新型涉及液體密度計技術領域，尤其涉及一種基于FPGA的超聲波液體密度計。

背景技術

隨著測量技術的發展，對液體密度測算的需求越來越多。傳統的測量技術已經不能滿足需求。因此，超聲波測量技術被越來越多的液體密度測量設備采用。傳統的超聲波液體密度計受限于專用芯片的功能與時鐘頻率，功能單一，測試精度較低，不能滿足用戶多樣化的需求。而且伴隨著用戶需求多樣性的日益增多，專用芯片靈活性較差的缺點愈發顯露，增加了產品的成本和開發周期。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種基于FPGA的超聲波液體密度計，簡化結構，節省成本。

本實用新型為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種基于FPGA的超聲波液體密度計，其特征在于:包括FPGA芯片、超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度傳感器ADT7420以及上位機；

所述FPGA芯片的輸出端通過所述超聲波發射模塊與所述超聲波發射探頭連接；

所述FPGA芯片的輸入端通過所述超聲波接收模塊與所述超聲波接收探頭連接；

所述溫度傳感器ADT7420將測量的液體傳送給所述FPGA芯片；

所述FPGA通過串行接口將液體密度信息傳輸給上位機，上位機顯示液體密度。

優選地，所述FPGA芯片采用Xilinx公司的XC6VLX75T-FFG484。

優選地，所述FPGA芯片通過RS232接口與上位機連接。

優選地，所述FPGA芯片內部劃分為鎖相環電路、溫度補償電路、主控電路、脈沖發生電路、脈沖采集電路、RS232電路、運算電路、計數器電路以及I2C電路。

鎖相環電路，輸入20MHz時鐘，輸出80MHz的時鐘。輸出的時鐘作為其它所有電路的主時鐘。

I2C電路的輸入信號是溫度傳感器ADT7420的輸出，I2C電路的輸出連接到溫度補償電路。

溫度補償電路的輸入信號是I2C電路的輸出，溫度補償電路的輸出連接到主控電路。

脈沖發生電路的輸入信號是主控電路的輸出，脈沖發生電路的輸出連接到超聲波發射電路的輸入。

脈沖采集電路的輸入信號是超聲波接收電路的輸出，脈沖采集電路的輸出連接到主控電路。

RS232電路的輸入信號來自主控電路和上位機，RS232電路的輸出連接到主控電路和上位機。

運算電路的輸入、輸出均連接到主控電路。

計數器電路的輸入、輸出均連接到主控電路。

本實用新型的有益效果是:相對于現有技術，通過調用FPGA芯片內的高速計數電路，可以在FPGA中實現傳統分立器件才能實現的高速計數電路的各種功能。運行穩定、可靠、操作簡單、維護方便,達到了設計要求。

附圖說明

圖1為本實用新型的硬件及主要信號線連接示意圖；

圖2為本實用新型中FPGA內部功能模塊連接示意圖；

圖3為本實用新型中運算電路的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本實用新型的具體實施方式。如圖1和圖2和圖3所示，一種基于FPGA的超聲波液體密度計，包括：

1)晶振：對FPGA提供20MHz高精度低抖動的時鐘信號；

2)FPGA：主要完成超聲波液體密度計的計算功能；

3)上位機：主要完成超聲波液體密度計的控制功能和人機交互功能；

4)超聲波發射模塊和超聲波發射探頭：主要完成超聲波的發送功能；

5)超聲波接收模塊和超聲波接收探頭：主要完成超聲波的接收功能；

6)ADT7420：主要完成溫度采集功能。

所述FPGA芯片控制所述超聲波發射模塊通過超聲波發射探頭發射超聲波，同時啟動所述FPGA芯片內部的計數器開始計數；所述超聲波接收模塊通過超聲波接收探頭接收到超聲波后，輸出脈沖，由所述FPGA芯片接收；所述FPGA芯片通過計算超聲波在液體中的傳播時間并通過ADT7420測量的溫度得出液體的密度；所述FPGA通過串行接口(RS232)將液體密度信息傳輸給上位機，上位機顯示液體密度。

硬件及主要信號線連接示意圖如圖1所示。

FPGA內部功能模塊連接示意圖如圖2所示。

鎖相環電路，通過調用FPGA自帶的鎖相環IP核實現。輸入20MHz時鐘，輸出80MHz鐘。輸出的時鐘作為其它所有電路的主時鐘。