| 主权项 |
基于自适应快速傅里叶变换的涡街流量计，包括电荷放大器、第一滤波器、程控电压放大器、第二滤波器、程控施密特触发器、偏置电压电路、单片机、LDO电路、复位电路、按键输入、4‑20mA输出电路和LCD显示电路，其特征在于：涡街传感器的输出信号线接到电荷放大器的输入接线端子，电荷放大器的输出端接入第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端接入程控电压放大器的输入端，程控电压放大器的输出端接入第二滤波器的输入端，第二滤波器的输出端分两路：一路接入程控施密特触发器的输入端、另一路接入单片机的ADC输入端，程控施密特触发器的输出端接入单片机的定时器捕获输入端，偏置电压电路的输出端接入电荷放大器的电压参考端、第一滤波器和第二滤波器的电压参考端、程控电压放大器的电压参考端、程控施密特触发器的电压参考端，单片机的PWM脉冲波形输出接入4～20mA输出电路的输入端，LDO电路输出端、复位电路输出端、按键输入与单片机连接，单片机与LCD显示电路连接；所述的电荷放大器由运放U6A、反馈电阻Rf1、反馈电容Cf1组成，P1为接线端子，P1的3脚接地，1、2脚相连并连接运放U6A的反向输入端，U6A的正向输入端连接参考电压，U6A的引脚2通过反馈电阻Rf1和反馈电容Cf1与输出端相连；所述的第一滤波器和第二滤波器均采用二阶低通滤波器，该滤波器由运放U6B、电阻R2、R9、R10、电容C1、C5组成；信号由电阻R9的一端输入，电阻R9的另一端接电容C5、电阻R10、R2的一端，电容C5的另一端接地，电阻R10的另一端接运放U6B的反向输入端，R2的另一端接运放U6B的输出端；运放U6B的反向输入端连接电阻R10、电容C1的一端，通过电容C1连接到输出端，正向输入端连接参考电压；所述的程控电压放大器分为两级，第一级由数字电位器U2和运放U5A组成，数字电位器U2通过单片机的SPI接口控制来改变阻值的大小，其增益可在‑20dB～20dB的线性范围内调节；第二级为固定增益放大，由运放U5B、电阻R4、R7组成，增益为固定值；两级之间使用电容C2隔离直流电平；数字电位器U2的引脚1、引脚2、引脚3分别与单片机的引脚14、引脚15、引脚17连接，数字电位器U2的引脚4接地，引脚5接3.3V电源，引脚6为信号的输入端，引脚7接运放U5A的反向输入端，引脚8接运放U5A的输出端；运放U5A的正向输入端连接参考电压，电容C2的一端接第一级的输出端，另一端接第二级的电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运放U5B的反向输入端，运放U5B的反向输入端通过反馈电阻R4连接到输出端，运放U5B的正向输入端连接参考电压，输出信号端连接到单片机的ADC接口和程控施密特触发器的输入端；所述的程控施密特触发器由数字电位器U3、比较器U4A、电阻R1、R5、电容C3组成；数字电位器U3的引脚1、引脚2、引脚3分别与单片机的引脚13、引脚15、引脚17连接，数字电位器U3的引脚4接地，引脚5接3.3V电源，引脚7为信号的输入端，引脚6接比较器U4A的反向输入端，引脚8悬空；比较器U4A的引脚3通过反馈电阻R1连接输出端，引脚2连接参考电压；U4A的输出端与电容C3、电阻R3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端接电源，电容C3与电阻R3一起组成一阶低通滤波器可滤除部分毛刺使得整形后的脉冲信号更加平滑；整形后的脉冲信号U4A的输出端输出，连接单片机的定时器捕获输入端；所述的偏置电压电路由电压基准U1、电阻R3、R6、R8组成；电阻R3的一端连接3.3V电压，另一端连接U1的引脚3，电阻R6一端连接U1的引脚3，另一端连接U1的引脚4，电阻R8的一端连接U1的引脚4，另一端接地，U1的引脚5接地，引脚1、2悬空；输出的偏置电压由U1的引脚3输出，分别连接U6A引脚3，U6B引脚5，U5A引脚3，U5A引脚5，U4A引脚2；所述的单片机采用ARM Cortex‑M3内核，芯片内部集成12位的ADC，单次采样转换时间1μS；单片机U7通过引脚13、14、15、17与数字电位器U2、U3连接，控制数字电位器的阻值，U7的引脚13与U3的引脚1连接，U7的引脚14与U2的引脚1连接，U7的引脚15与U2、U3的引脚2连接，U7的引脚17与U2、U3的引脚3连接；单片机U7通过引脚11产生PWM波形脉冲信号，连接4～20mA电流输出电路的输入端；单片机U7通过任意三个I/O口控制串行LCD控制器，通过任意6个I/O口连接按键输入和LED指示灯，通过引脚46、引脚21连接电平转换芯片进行UART通信；所述的4‑20mA输出电路由电压电流转换芯片U9、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、电容C11、C12、NPN三极管Q1、二极管D2组成；PWM波信号由电阻R15一端输入，电阻R15另一端连接电容C11、电阻R14，电阻R14另一端连接电容C12、电阻R16，电阻R16的另一端连接U9的引脚7，电容C11、C12的另一端接地，电阻R17一端连接U9的引脚8、另一端接地，电阻R19一端接U9的引脚9、另一端接地，电阻R12接在U9的引脚9和16之间；U9的1脚接24V电源，2、3脚相连，4、6、10、13、15引脚悬空，引脚14接地，引脚5为输出，接三极管Q1的基极，三极管的集电极通过电阻R13接24V电源，射极通过二极管D2、电阻R18接地；最终4～20mA电流由电阻R18上输出；所述的U6采用TLV2254，U5采用TLV2252，U4采用LMV393，U3和U2采用MCP41050，U1采用TLV431，U7采用STM32F103C8T6，U9采用AM402。 |
