超聲波流量計(jì)硬件抗干擾技術(shù)-技術(shù)文章

超聲波流量計(jì)硬件抗干擾技術(shù)

1.干擾的來源

在超聲波流量測(cè)量系統(tǒng)中,造成干擾的干擾源有很多種,主要有:

①流量計(jì)安裝環(huán)境中可能存在較大的電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾;

②靠近水泵安裝時(shí)水泵帶來的接近超聲波信號(hào)的噪音;

③電源的噪聲干擾采用常用的電源濾波技術(shù)就可以消除其影響;

④發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的干擾。發(fā)射信號(hào)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(fā)生干擾的尾部就會(huì)波及接收波的波形,從而嚴(yán)重影響接收信號(hào)。

 

2.抗干擾的措施

(1)電源。

    在系統(tǒng)使用的各種直流電源(如+5V的輸入端均跨接1個(gè)10~-100μF的電解電容和1個(gè)0.01~0.1μF陶瓷濾波電容以抑制電源尖峰干擾,收發(fā)電路用兩套相互隔離的電源供電。

(2)自動(dòng)增益技術(shù)。

    自動(dòng)增益技術(shù)除了使信號(hào)便于測(cè)量外,還可以有效地抑制噪聲干擾。

(3)接收范圍門。

    接收范圍門可以防止發(fā)射信號(hào)以及開關(guān)動(dòng)作給接收信號(hào)帶來的干擾。

(4)看門狗電路。

    程序在運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)槭艿礁蓴_導(dǎo)致失控,引起程序亂飛,或陷入“死循環(huán)”,此時(shí)ZUI直接的抗干擾方法是采用硬件“看門狗”電路。復(fù)位脈沖可使系統(tǒng)復(fù)位,程序重新啟動(dòng)運(yùn)行。例如采用X5045集成芯片來實(shí)現(xiàn)看門狗功能。X5045的引腳功能如下:CS為片選信號(hào);SO為串行輸出;SI為串行輸入;SCR為串行時(shí)鐘輸入;WP為 EEPROM寫保護(hù)輸入; RESET為復(fù)位信號(hào)輸出;Vss為地;Vcc為電源電壓。X5045使用三線總線串行(SPI)外設(shè)接口,對(duì)芯片進(jìn)行操作的所有操作碼、字節(jié)地址及寫入的數(shù)據(jù)都由S引腳輸入,寫入數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘SCI的上升沿被鎖存;從芯片讀取的數(shù)據(jù)由SO引腳串行輸出。芯片的把關(guān)定時(shí)器和電壓監(jiān)視器都對(duì)單片機(jī)提供保護(hù),當(dāng)電源電壓降到45V以下時(shí), RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào),并一直保持到電源電壓恢復(fù)正常;當(dāng)系統(tǒng)上電或掉電時(shí), RESET引腳也自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào);當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),只要把關(guān)定時(shí)器達(dá)到其可編程的超時(shí)限RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)200ms的高電平復(fù)位信號(hào)。這樣,就可有效地防止死機(jī)、數(shù)據(jù)誤寫及誤操作等故障的發(fā)生。

(5)接地技術(shù)。

    數(shù)字地和模擬地分開,它們?cè)邳c(diǎn)相連,兩個(gè)探頭各自使用相互獨(dú)立的地線,減小地線干擾耦合,儀表及探頭外殼接地。

(6)屏蔽技術(shù)。

    運(yùn)用屏蔽技術(shù)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(jī)殼將測(cè)量電路封裝起來。

(7)合理的布線技術(shù)。

    模擬信號(hào)線與數(shù)字信號(hào)線相對(duì)分開,信號(hào)線與電源線分開;PCB布線時(shí)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(chǎn)生;布線過程中避免回路有重復(fù)面積,以減小相互感應(yīng)。