專利名稱：基于ARM Cortex-M3的FFT渦街信號處理模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及渦街流量計(jì)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(shù)：
現(xiàn)有的大部分渦街流量計(jì)采用傳統(tǒng)的放大、濾波、整形和計(jì)數(shù)處理渦街信號，量程比小，抗管道震動(dòng)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(dǎo)致測量誤差?，F(xiàn)有的一些基于數(shù)字信號處理的渦街流量計(jì)，在低功耗和實(shí)時(shí)性這兩點(diǎn)上不能同時(shí)滿足，比如儀表中常用的MSP430等16位單片機(jī)在滿足低功耗的同時(shí)，滿足不了信號處理的實(shí)時(shí)性；而DSP芯片雖有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能滿足信號處理的實(shí)時(shí)性，但是功耗很大，不能滿足兩線制4-20mA工作要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)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(dòng)干擾噪聲，提高渦街流量計(jì)的抗管道震動(dòng)能力、抗干擾能力和測量精度。本實(shí)用新型的技術(shù)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(nèi)核的超低功耗系列32位MCU，電容Cl負(fù)極接前置板的末級，電容Cl正極和電阻Rl的一端相連；電阻Rl的另一端與電阻R2、R3、R4的一端接于一點(diǎn)；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時(shí)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COl的一端和電容C02的一端相接并且接地；電容COl的另一端和晶振Yl的一端相接同時(shí)接STM32的0SC_IN ;電容C02的另一端和晶振Yl的另一端相接同時(shí)接STM32的0SC_0UT。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:該信號處理模塊電路簡單，選用ST公司的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的超低功耗系列32位MCU，其強(qiáng)大的功能，既保證了對信號處理的實(shí)時(shí)性，也保證了對于工業(yè)儀表中低功耗的要求，整個(gè)模塊在工作時(shí)的平均電流為2.8mA，滿足兩線制4-20mA工作，提高渦街流量計(jì)的量程范圍、抗管道震動(dòng)能力、抗干擾能力和測量精度。

圖1為本實(shí)用新型的信號處理模塊示意圖。圖中:I前置板，2信號處理模塊。
具體實(shí)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Cl負(fù)極接前置板I的末級，電容Cl正極和電阻Rl的一端相連；電阻Rl的另一端與電阻R2、R3、R4的一端接于一點(diǎn)；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時(shí)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COl的一端和電容C02的一端相接并且接地；電容COl的另一端和晶振Yl的一端相接同時(shí)接STM32的OSC_IN ；電容C02的另一端和晶振Yl的另一端相接同時(shí)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(jīng)過電容Cl，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(jīng)過渦街前置輸出的信號是一個(gè)近似于正弦波的信號，為了 STM32的AD能采集到正負(fù)半周的信號，通過電阻R3、R4將A點(diǎn)抬高到1/2VCC ;根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣率不小于兩倍的被測信號，即假設(shè)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(nèi)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(diǎn)的FFT運(yùn)算，采集到的信號經(jīng)過STM32做FFT運(yùn)算之后，得到一段時(shí)間內(nèi)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(jīng)過多次采集做FFT運(yùn)算求平均值，得出一組新功率譜，而此功率譜中最大對應(yīng)的頻率就是當(dāng)前渦街信號的頻率；為了提高抗管道震動(dòng)的能力，而FFT后的功率譜與信號幅值成正比的關(guān)系，所以對FFT分析后的頻率譜值加闕值判斷，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)置的闕值時(shí)，就判斷為管道震動(dòng)干擾；整個(gè)模塊工作時(shí)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。
權(quán)利要求1.基于ARM Cortex-M3的FFT渦街信號處理模塊，其特征是:該信號處理模塊(2)由以下電子元器件連接組成，電容Cl負(fù)極接前置板(I)的末級，電容Cl正極和電阻Rl的一端相連；電阻Rl的另一端與電阻R2、R3、R4的一端接于一點(diǎn)；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時(shí)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COl的一端和電容C02的一端相接并且接地；電容COl的另一端和晶振Yl的一端相接同時(shí)接STM32的OSC_IN ；電容C02的另一端和晶振Yl的另一端相接同時(shí)接 STM32 的 OSC_OUT。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于ARMCortex-M3的FFT渦街信號處理模塊，該信號處理模塊(2)由以下電子元器件連接組成，電容C1負(fù)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(diǎn)；電阻R2的另一端接STM32的AD輸入，電阻R2同時(shí)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(shí)接STM32的OSC_IN；電容C02的另一端和晶振Y1的另一端相接同時(shí)接STM32的OSC_OUT。本實(shí)用新型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(dòng)干擾噪聲，提高渦街流量計(jì)的抗管道震動(dòng)能力、抗干擾能力和測量精度。
文檔編號G01F1/32GK203025510SQ201220709458
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者李偉 申請人:江蘇華海測控技術(shù)有限公司