CN201819712U - 基于dsp的气体超声流量计量单元 - Google Patents

Abstract

基于DSP的气体超声流量计量单元，涉及气体超声流量计量单元制造技术技术，尤其涉及基于数字信号处理器DSP的气体超声流量计量技术，适用于对气体工况及标况流量进行实时监测与计量。本实用新型通过电源复位及掉电保护电路(1)给计量单元提供电源及上电复位信号，DSP数字信号处理器(5)通过串行通讯获取超声采样值后，根据计量软件中的标准算法，经DSP数字信号处理器(5)分析与计算得到实时工况数据，再通过温度、压力及压缩因子对工况数据进行补偿得到标况数据，数据可通过多种输出方式及串行通讯，另外，FLASH存储器(4)可以长时间保存运行数据。本实用新型计量单元的结构简洁，且软、硬件集成度高，不仅有效提高了气体超声流量计量的精度，并且具有很强的实时性。

Description

基于DSP的气体超声流量计量单元

技术领域：

基于DSP的气体超声流量计量单元，涉及气体超声流量计量单元制造技术，尤其涉及基于数字信号处理器DSP的气体超声流量计量技术，适用于对气体工况及标况流量进行实时监测与计量。

背景技术：

现有国内外的气体超声流量计，大多数采用单片机作为核心处理器，其运算速度及精度均达不到理想的要求，且无模拟/数字采样输入及数字/模拟转换输出或即使有分辨率也较低。另外，现有气体超声流量计的存储空间较小，仅能保存少量的运行数据。流量计的输出端口也较少，无法应用于复杂的系统集成及测量现场，而且国外大部分气体超声流量计现场无显示，如想查看数据必须另外连接流量计算计，这也就增加了用户的使用成本和复杂性。

发明内容：

针对现有气体超声流量计的不足，本实用新型提出了具有处理能力强、运算精度高、存储容量大、人机接口丰富，基于DSP(Digital Signal Processor)即数字信号处理器的多通道气体超声流量计量单元。

本实用新型计量单元由DSP数字信号处理器、FLASH存储器、电源复位及掉电保护电路、时钟电路、光隔电路、多路通讯接口、模拟/数字转换电路、数字/模拟转换电路、人机界面接口电路、仿真与程序下载接口经电路连接板载集合而成。其中：由于浮点DSP内置专用浮点运算单元，相比定点DSP具有运算速度更快，精度更高，动态运算范围更大等优点，因此，本实用新型计量单元采用浮点DSP数字信号处理器，用于计量单元的控制及数据处理与运算；电源复位及掉电保护电路用于提供计量单元所需的电源及复位信号，另外还具有掉电保护实时数据功能；时钟电路用于提供时钟基准；仿真与程序下载接口用于程序仿真与烧录；FLASH存储器用于程序及数据的存储；人机界面接口电路可连接液晶模块显示实时数据及键盘输入等相关信息；模拟/数字转换电路用于温度、压力等模拟量的采样输入；数字/模拟转换电路用于将实时测量数据以4～20mA电流环方式进行输出；光隔电路用于与外围接口进行光电隔离；多路通讯接口用于与上下位机的数据通讯。

本实用新型工作时，电源复位及掉电保护电路提供计量单元所需的电源及复位信号，硬件自动加载固化在FLASH存储器中的的气体超声流量计量软件到DSP内部程序存储区并运行，气体超声流量计量软件内嵌基于GB/T 18604-2001《用气体超声流量计测量天然气流量》中的标准算法，DSP数字信号处理器通过多路通讯接口电路以串行通讯方式获取超声采样值后，根据计量软件中的标准算法，通过DSP数字信号处理器高速分析并计算，得到超声实时工况数据，再通过模拟/数字转换电路读入的温度、压力值补偿及根据组分、温度、压力换算出的压缩因子的补偿，将工况实时数据换算成标况实时数据。实时数据可经人机界面接口电路在液晶模块上显示，可通过数字/模拟转换电路以4～20mA电流环方式输出，亦可通过DSP数字信号处理器内置的定时/计数器以频率/脉冲方式输出。电源复位及掉电保护电路可以在系统发生突然掉电的情况下保证当前数据不丢失，并记录掉电时间及数据。另外板载的大容量FLASH存储器可以长时间的保存历史数据、断电记录等计量单元的运行数据。通过多路通讯接口可实现多台主机与计量单元进行通讯，从而实现参数的设置、数据的监控、查询与下载等。由于本实用新型计量单元的结构简洁，且软、硬件集成度高，不仅有效提高了气体超声流量计量的精度，并且具有很强的实时性。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图

图中：电源复位及掉电保护电路1，时钟电路2，仿真与程序下载接口3，FLASH存储器4，DSP数字信号处理器5，人机界面接口电路6，模拟/数字转换电路7，数字/模拟转换电路8，光隔电路9，多路通讯接口10。

具体实施方式：

以下结合附图1对本实用新型做进一步详细描述。

本实用新型计量单元由电源复位及掉电保护电路1、时钟电路2、仿真与程序下载接口3、FLASH存储器4、人机界面接口电路6、模拟/数字转换电路7、数字/模拟转换电路8、光隔电路9、多路通讯接口10分别与DSP数字信号处理器5经电路连接板载集合而成。其中DSP数字信号处理器5选用TI德州仪器的TMS320C6713浮点型数字信号处理器；FLASH存储器4选用Intel英特尔的TE28F256，其具有32MB存储空间，10万次以上的擦写寿命；模拟/数字转换电路7选用TI德州仪器的ADS1112，其具有16-bit的分辨率，满量程0.01％的非线性；数字/模拟转换电路8选用ADI模拟器件公司的AD5667，其具有16-bit的分辨率及低温度系数的内部参考电压；多路通讯接口10选用国腾微电子的GM8142，其将DSP数字信号处理器5的一个SPI串行外设接口扩展成4路独立的UART通用异步收发接口。计量单元上电后，电源复位及掉电保护电路1提供计量单元所需的电源及上电复位信号，硬件自动加载固化在FLASH存储器4中的的气体超声流量计量软件到浮点DSP数字信号处理器5内部程序存储区并运行，气体超声流量计量软件内嵌基于《GB/T 18604-2001用气体超声流量计测量天然气流量》中的标准算法，DSP数字信号处理器5通过多路通讯接口电路10以串行通讯方式获取超声采样值后，根据计量软件中的标准算法，通过DSP数字信号处理器5高速分析并计算，将超声采样值换算成气体的工况流量数据，如：流速、工况瞬时量及其他实时工况数据，再通过模拟/数字转换电路7读入的温度、压力值补偿得到标况瞬时流量数据，还可通过组分信息计算实时压缩因子对上面的标况流量进行补偿以获得更高准确度等级的标况瞬时流量数据。实时数据经人机界面接口电路6可外接液晶模块显示，可通过数字/模拟转换电路8以4～20mA电流环方式输出，亦可通过DSP数字信号处理5内置的定时/计数器以频率/脉冲方式经过光隔电路9输出。电源复位及掉电保护电路1可以在系统发生突然掉电的情况下保证当前数据不丢失，并记录掉电时间及数据。另外板载的大容量FLASH存储器4可以长时间的保存历史数据、断电记录等系统运行数据。通过多路通讯接口10可实现多台主机与计量单元进行通讯，从而实现参数的设置、数据的监控、查询与下载等。

本实用新型计量单元结构简洁，软硬件集成度高，不仅有效提高了气体超声流量计量的精度，并具有很强的实时性，可广泛应用于气体计量领域，可取得良好的经济效益和社会效益。

Claims (4)

1.基于DSP的气体超声流量计量单元，包括电源复位及掉电保护电路(1)，时钟电路(2)，仿真与程序下载接口(3)，FLASH存储器(4)，DSP数字信号处理器(5)，人机界面接口电路(6)，模拟/数字转换电路(7)，数字/模拟转换电路(8)，光隔电路(9)，多路通讯接口(10)，其特征在于：电源复位及掉电保护电路(1)，时钟电路(2)，仿真与程序下载接口(3)，FLASH存储器(4)，DSP数字信号处理器(5)，人机界面接口电路(6)，模拟/数字转换电路(7)，数字/模拟转换电路(8)，光隔电路(9)，多路通讯接口(10)经电路连接板载集合而成。

2.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于：DSP数字信号处理器(5)为浮点DSP数字信号处理器。

3.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于：数字/模拟转换电路(8)可将数据以4～20mA电流环方式输出。

4.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于：DSP数字信号处理器(5)内置的定时/计数器可将实时数据经过光隔电路(9)以频率/脉冲方式输出。 

Images