基于ARM的任意超声波发生平台.pdf

在工业测量技术中，超声波流量计是一种常用于测量流体流速和流量的仪器，它基于超声波在流动介质中的传播速度会随介质流速变化的原理。时差法是目前较为普遍的超声波流量计应用方式，它通过测量超声波信号的传播时间差来计算流体的流速和流量。然而，时差式超声波流量计在恶劣的工业应用环境下，由于流场不稳定和杂质干扰等因素，容易导致超声波信号畸变，从而造成测量数据的错误。为了解决这一问题，科研人员提出了多种方法，但受限于畸变波形难以复现，因此难以验证方法的可行性。 为了解决上述问题，研究者设计了一种基于ARM的任意超声波发生平台。这一平台具有几个关键特性：超声波信号形状、频率和幅值可调；能够模拟出超声波流量计在不同口径管道中的测量过程。ARM平台选择的是ST公司的STM32F407VGT6系列ARM芯片，主频高达168MHz，具备高速DA转换时序控制的需求。此外，该平台使用ADI公司的AD9708 DA转换芯片，该芯片DA转换速率最高可达125MHz，满足高速DA转换的需求。通过MATLAB仿真得到的超声波信号数字量在上位机界面预览后，通过USART传输到MCU，再由MCU控制DA转换芯片发出特定形状、频率和幅值的超声波信号。 为了实现超声波信号的准确发出和畸变模拟，该平台还包含运算放大器和带通滤波器。运算放大器的作用是调节DA转换产生的超声波信号的幅值，通过改变放大倍数可以发出所需幅值的超声波信号。带通滤波器则是用于滤除噪声干扰，确保发出的超声波信号更加平滑。MCU不仅控制发出超声波信号的时机和延时，还负责接收超声波流量计发出的激励信号，并在特定延时后发出超声波信号，模拟真实的超声波流量测量过程。 在软件设计方面，任意超声波发生平台的软件流程图详细描述了平台工作的软件逻辑。上位机负责与MATLAB软件交互，获取超声波信号的数字量，并通过界面预览和调整，最终将超声波信号数字量传输到MCU中，使得MCU能够控制DA转换芯片按照预定参数发出超声波信号。 通过上述设计，该任意超声波发生平台能够实现预期功能，并且具有良好的应用效果，有效模拟波形畸变的测量环境。这对于测试和验证超声波流量计在各种条件下的性能，以及优化相关算法都具有重要的意义，尤其在工业应用中，能够大幅提高超声波流量计的测量精度和可靠性。