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    用于超聲波流量計的硬件抗干擾技術

    發布:2020/7/1 9:57:38人氣:1472
    1.干擾的來源
    超聲波流量計測量系統中,造成干擾的干擾源有很多種,主要有:①流量計安裝環境中可能存在較大的電場和磁場干擾;②靠近水泵安裝時水泵帶來的接近超聲波信號的噪音;③電源的噪聲干擾,采用常用的電源濾波技術就可以消除其影響;④發射信號對接收信號的干擾。發射信號功率較大,通過電路和聲路都可以耦合到接收電路上,如果管徑很小,換能器間距離很近,發生干擾的尾部就會波及接收波的波形,從而嚴重影響接收信號。
     
    2.抗干擾的措施
    (1)電源。在系統使用的各種直流電源(如+5V)的輸入端均跨接1個10~100μF的電解電容和1個0.01~0.1μF陶瓷濾波電容以抑制電源尖峰干擾,收發電路用兩套相互隔離的電源供電。
    (2)接收范圍門。接收范圍門可以防止發射信號以及開關動作給接收信號帶來的干擾。
    (3)自動增技術。自動增益技術除了使信號便于測量外,還可以有效地抑制噪聲干擾。
    (4)看門狗電路。程序在運行過程中會因為受到干擾導致失控,引起程序亂飛,或陷入“死循環”,此時最直接的抗干擾方法是采用硬件“看門狗”電路。復位脈沖可使系統復位,程序重新啟動運行。例如采用X5045集成芯片來實現看門狗功能。X5045的引腳功能如下:CS為片選信號;SO為串行輸出;SI為串行輸入;SCR為串行時鐘輸入;WP為 EEPROM寫保護輸入; RESET為復位信號輸出;Vss為地;Vcc為電源電壓。X5045使用三線總線串行(SPI)外設接口,對芯片進行操作的所有操作碼、字節地址及寫入的數據都由SI引腳輸入,寫入數據在串行時鐘SCI的上升沿被鎖存;從芯片讀取的數據由SO引腳串行輸出。芯片的把關定時器和電壓監視器都對單片機提供獨立的保護,當電源電壓降到4.5V以下時, RESET引腳立即自動產生高電平復位信號,并一直保持到電源電壓恢復正常;當系統上電或掉電時, RESET引腳也自動產生一個高電平復位信號;當系統發生故障時,只要把關定時器達到其可編程的超時極限RESET引腳立即自動產生一個持續200ms的高電平復位信號。這樣,就可有效地防止死機、數據誤寫及誤操作等故障的發生。
    (5)合理的布線技術。模擬信號線與數字信號線相對分開,信號線與電源線分開;PCB布線時,將公共地線與電源線盡量加寬,并使它們盡可能靠近需要供電的電路;減小電源線和地線的長度,以減小兩者之間的公共阻抗,減小耦合干擾的產生布線過程中避免回路有重復面積,以減小相互感應。
    (6)接地技術。數字地和模擬地分開,它們在點相連,兩個探頭各自使用相互獨立的地線,減小地線干擾耦合,儀表及探頭外殼接地。
    (7)屏蔽技術。運用屏蔽技術可以隔離通過空間耦合的電磁干擾,采取的措施是用金屬機殼將測量電路封裝起來。
     
    3.結語
    超聲波流量計測量的準確性很大程度上依賴于系統對超聲波信號的正確識別,然而超聲波流量計工作的環境通常比較惡劣,易受到各種干擾的影響。對于測量系統來說,這些干擾不僅可能影響到數據的采集、各種控制信號的狀態以及RAM的讀寫,還會影響程序計數器的正常工作,使程序失靈,因此,必須采取有效措施來降低干擾。
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