陈 磊
(电子科技大学 自动化工程学院 四川 成都 611731)
摘 要： 结合时差法超声波流量测量原理，提出一种基于DSP的超声波流量测量系统。介绍时差法流量测量原理、系统的硬件构成及软件设计。本系统稳定可靠且精度可以达到2%。
关键词： 超声波;流量测量;DSP;时差法
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1010055-01
0 引言
超声波流量计具有非接触测量、测量范围宽、适合大管径测量、便携性好、测量精度高、稳定可靠等优点[1]，广泛应用于各种流量测量中。本系统运用时差法超声波流量测量原理，以ADI公司的Blackfin533DSP为控制处理核心，实现了一种流量测量系统设计。
1 时差法超声波流量测量原理
时差法测量的基本原理如图1所示。
假设流体的流速为v,声速为c，管道的直径为D，管道与超声波传播方向的夹角为θ，则超声波顺时传播时间为
2.系统的硬件设计
硬件设计的基本结构如图2所示。硬件方面大体分为两大部分，即超声波信号收发模块和测量控制模块。
超声波收发电路通过DSP控制超声波传感器完成超声波的收发工作。
超声波测量控制模块主要通过DSP完成系统的整体控制和信号的处理工作，其结构如图3所示。
放大电路使信号达到合适的幅值，滤波电路实现一个带通滤波。自动 4 结束语增益控制电路、模数、数模转换、电压调整电路和DSP几部分，用来实现数本据采集、动态调整信号，稳定信号的幅值等功能。DSP完成超声波收发控量制、滤波、多普勒检测、信号检测和自动增益控制算法以及与上位机通信度等工作。此外还有与DSP相关的FLASH、串口输出和仿真接口等电路。
3 系统的软件设计
软件流程如图4所示。
开始测量前先设置好两个超声波传感器使其具有一发一收的状态，并正确设置多路开关以选通接收传感器的信号通路。然后发出超声波驱动信号，并经过一定时间的延时来消除干扰噪声的影响。接着使能并行接口的DMA通道来传输数据，并在接收完指定长度的数据后由DMA中断控制器产生中断。在中断处理中，完成数字滤波工作，之后跳出中断完成超声波传播时间的检测，继而进行峰值检测并实施自动增益控制算法。在检测完8次超声波传播时间后，对传播时间进行排序并分别去掉两个最大和最小值，并对剩下的中间四个值进行均值计算得到一个通上超声波的传播时间。接下来设置交换超声波传感器的收发模式，再次测量并得到另一个通道上超声波传播时间的数据，最后结合有上位机得到的参数由时差法计算得到流体流速。
4 结束语
系统凭借DSP高速的处理能力，应用时差法测量原理，实现了对流量的测量。具有成本低、精度高、稳定性强的特点。经多次实验测量，精可达2%。
参考文献
[1]李利品，基于DSP的高精度超声波流量控制系统，仪表技术与传感器， 2009(3)：132-133.
[2]孟华、闫菲、李明伟，新型时差法超声波流量计，仪表技术与传感 器，2007(8)：18-20.
