超聲波流量計(jì)超聲波發(fā)生器應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)一般有三種形式:
1、超聲波流量計(jì)采用AVR高檔單片機(jī)控制 單片機(jī)是一種在一塊芯片上集成了CPU.RAM/ ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和I/O接口等單元的微控制芯片, 具有速度快,功能強(qiáng)、效率高、體積小,性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在各種控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。單片機(jī)的CPU經(jīng)歷了由4、8,16、32直至64位的發(fā)展過程。在超聲波發(fā)生器中,單片機(jī)主要用作數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算處理、電壓電流調(diào)節(jié)、PWM信號生成、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障自我診斷等,一般作為整個(gè)電路的主控芯片運(yùn)行,完成多種綜合功能。配合D/A轉(zhuǎn)換器和MOSFET功率模塊實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制.另外,單片機(jī)還具有對過流,過熱。欠壓等情況的中斷保護(hù)以及監(jiān)控功能。單片機(jī)控制克服了模擬電路的固有缺陷,通過數(shù)字化的控制方法,得到高精度和高穩(wěn)定度的控制特性,并可實(shí)現(xiàn)靈活多樣的控制功能。
2、超聲波流量計(jì)采用DSP控制 數(shù)字信號處理器{DSP}是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器。其內(nèi)部集成了波特率超聲波發(fā)生器和FiFO緩沖器,提供高速同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口,有的片內(nèi)還集成了采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路,并提供PWM信號輸出。與單片機(jī)相比,DSP具有更快的CPU。更高的集成度和更大容量的存儲器。 DSP屬于精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(Risc),大多數(shù)指令都能在一個(gè)周期內(nèi)完成并可通過并行處理技術(shù),在一個(gè)指令周期內(nèi)完成多條指令。同時(shí),DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間,允許同時(shí)存儲程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器,增加了多級流水線。使其具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。而單片機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CiSC),多數(shù)指令要2-3個(gè)指令周期才能完成.單片機(jī)采用諾依曼結(jié)構(gòu),程序和數(shù)據(jù)在同一空間存儲,同一時(shí)刻只能單獨(dú)訪問指令或數(shù)據(jù)。單片機(jī)的ALU只能做加法,而乘法則需 要由軟件來實(shí)現(xiàn),因而需要占用較多的指令周期,速度比較慢。與16位單片機(jī)相比。DSP執(zhí)行單指令的時(shí)間快8—10倍,一次乘法運(yùn)算時(shí)間快16-30倍。在超聲波發(fā)生器中。DSP可以完成除功率變換以外的所有功能,如主電路控制、系統(tǒng)實(shí)日十監(jiān)控及保護(hù)雖然DSP有著許多優(yōu)點(diǎn),但是它也存在一些局限性,如采樣頻率的選擇、PWM信號頻率及其精度、采樣延時(shí)、運(yùn)算時(shí)間及精度等。這些因素會或多或少地影響超聲波流量計(jì)電路的控制性能。
3、超聲波流量計(jì)采用FPGA控制 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)屬于可重構(gòu)器件,其內(nèi)部邏輯功能可以根據(jù)需要任意設(shè)定,具有集成度高、處理速度快。效率高等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)主要分為三部分:可編程邏輯塊、可編程I/O模塊、可編程內(nèi)部連線。由于FPGA的集成度非常大,一片FPGA少則幾千個(gè)等效門,多則幾萬或幾十萬千等效門。所以一片FPGA就可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯.替代多塊集成電路和分立元件組成的電路。它借助于硬件描述語言(VHDL)來對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),采用三個(gè)層次(行為描述、PJL描述、門級描述)的硬件描述和自上至下(從系統(tǒng)功能描述開始)的設(shè)計(jì)風(fēng)格,能對三個(gè)層次的描述進(jìn)行混合仿真,從而可以方便地進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì),在可靠性、體積、成本上具有相當(dāng)優(yōu)勢.比較而言,DSP適合取樣速率低和軟件復(fù)雜程度高的場合使用;而當(dāng)系統(tǒng)取樣速率高(MHz級),數(shù)據(jù)率高(20MB/s以上)、條件操作少、任務(wù)比較固定時(shí),FPGA更有優(yōu)勢
液體污水流量計(jì)產(chǎn)品的生產(chǎn)與研發(fā)在我國起步相對較早,目前,行業(yè)的整體技術(shù)水平并不比國際水平遜色。然而,由于我國市場經(jīng)濟(jì)體制發(fā)展較晚,在液體流量計(jì)產(chǎn)品的市場運(yùn)作和規(guī)范方面,該行業(yè)在我國仍有不足。在這里總結(jié)應(yīng)用于我國水工業(yè)中的流量計(jì)產(chǎn)品行業(yè)的優(yōu)勢與差距。
1.行業(yè)優(yōu)勢市場吸引力巨大
中國的水工業(yè)行業(yè)是一個(gè)新興行業(yè)?;谠撔袠I(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和我國水資源現(xiàn)狀,相關(guān)市場對各類水工業(yè)行業(yè)相關(guān)設(shè)備的需求將是巨大的。而作為重要的檢測設(shè)備之一,流量計(jì)在供水和排水,尤其是廢水處理領(lǐng)域的作用更是不容小覷。隨著我國對水工業(yè)行業(yè)的重視程度提高以及各類相關(guān)法律法規(guī)的頒布,各類相關(guān)工程項(xiàng)目相繼啟動,流量計(jì)市場的潛量是巨大的。
液體流量計(jì)產(chǎn)品的生產(chǎn)和研發(fā)的技術(shù)水平較高
上世紀(jì)50年代末期,流量計(jì)開始應(yīng)用于我國工業(yè)生產(chǎn),在70和80年代期間,發(fā)展迅速。至今,無論從產(chǎn)品研發(fā)的速度方面,還是產(chǎn)品質(zhì)量,尤其是精度方面,我國的流量計(jì)整體技術(shù)水平?jīng)Q不劣于國際水平。
2.行業(yè)劣勢
在我國儀器儀表行業(yè)的大背景下,作為其中的一員,液體流量計(jì)的生產(chǎn)廠商多而散,品牌集中度不高。相當(dāng)一部分廠商規(guī)模小,研發(fā)能力有限。如果有國外產(chǎn)品進(jìn)入同一細(xì)分市場,形成競爭,這些國內(nèi)小企業(yè)將面臨亞中嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),形勢十分不利。
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