基于STM32的低功耗渦街信號處理系統(tǒng)設計.pdf

1、基于卡曼渦街原理的應力式渦街流量計因其靈敏度高、穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)點，被廣泛應用于測量液體、氣體和蒸汽的流量。但是，目前渦街流量計還普遍存在著兩大問題：一是低流速時信號無法檢測，使得量程比受限；二是功耗較高，不能應用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。針對這兩個問題，本文設計一個基于STM32的低功耗的渦街信號處理系統(tǒng)，采用模擬濾波和數(shù)字頻譜分析相結合的方法，對渦街傳感器輸出信號進行采集和處理。
　　 系統(tǒng)屬于渦街流量計二次儀表的設計范疇

2、，處理的對象是壓電傳感器輸出的微弱的電荷信號，本文首先分析了一次儀表中壓電傳感器輸出的渦街信號及噪聲的特點，根據(jù)信號的特征，選用TI公司的低功耗運算放大器TLV2252和TLV2254設計了前置放大電路，主要包括電荷放大器、程控增益放大器、低通濾波器和施密特整形電路，完成對渦街傳感器輸出的信號的電荷/電壓轉換、放大、濾波、整形等預處理，成功輸出兩路信號：一是經(jīng)低通濾波器后輸出近似正弦的渦街信號；二是經(jīng)施密特電路后整形出與渦街信號頻率相等

3、的方波脈沖信號。信號采集和運算電路選用ST公司的低成本、低功耗、內(nèi)嵌Cortex-M3內(nèi)核的處理器STM32F103RBT6作為控制核心。該部分電路主要包括STM32處理器電路、串口通信電路、LCD接口電路等，完成對信號的采集、分析、計算，并控制液晶顯示出計算結果。
　　 軟件部分主要完成渦街信號的采集、程控放大倍數(shù)調(diào)整、頻譜分析、頻率計算和顯示等功能。開發(fā)工具是IAR Embedded Workbench for ARM，采用

4、C語言來編程。主監(jiān)控程序通過調(diào)用各種子程序模塊完成特定的功能。結合渦街信號頻率、幅值跨度范圍較大的特點，采用固定采樣點數(shù)，變采樣頻率的FFT算法，根據(jù)FFT計算結果，計算功率譜；最后根據(jù)信號的幅值信息求出渦街信號的頻率，既降低了測量下限，又滿足了系統(tǒng)低功耗的要求。
　　 本課題較好地完成了預期的設想，設計與實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路，完成了系統(tǒng)軟件的編寫和調(diào)試，并在實驗室進行了水流量測試，實驗結果表明：該系統(tǒng)抗干擾能力強、測量精度高、