[实用新型]基于ARM Cortex-M3的FFT涡街信号处理模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及涡街流量计信号处理模块，具体涉及基于ARM Cortex-M3的FFT涡街信号处理模块。

背景技术

现有的大部分涡街流量计采用传统的放大、滤波、整形和计数处理涡街信号，量程比小，抗管道震动能力、抗噪声能力、精度都比较差，特别是在信噪比较低的情况下，不能有效的滤除信号中的噪声，从而导致测量误差。

现有的一些基于数字信号处理的涡街流量计，在低功耗和实时性这两点上不能同时满足，比如仪表中常用的MSP430等16位单片机在满足低功耗的同时，满足不了信号处理的实时性；而DSP芯片虽有强大的运算能力，能满足信号处理的实时性，但是功耗很大，不能满足两线制4-20mA工作要求。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种基于ARM Cortex-M3的FFT涡街信号处理模块，该模块通过快速傅里叶变换（FFT），对涡街信号做频谱分析，挑选出有用信号，剔除管道震动干扰噪声，提高涡街流量计的抗管道震动能力、抗干扰能力和测量精度。

本实用新型的技术解决方案是：该信号处理模块由以下电子元器件连接组成，芯片STM32是ST公司的基于ARM Cortex-M3内核的超低功耗系列32位MCU，电容C1负极接前置板的末级，电容C1正极和电阻R1的一端相连；电阻R1的另一端与电阻R2、R3、R4的一端接于一点；电阻R2的另一端接STM32的AD输入，电阻R2同时接电容C2的一端；电阻R3的另一端接电源VCC；电阻R4另一端接地；电容C2另一端接地；电容C01的一端和电容C02的一端相接并且接地；电容C01的另一端和晶振Y1的一端相接同时接STM32的OSC_IN；电容C02的另一端和晶振Y1的另一端相接同时接STM32的OSC_OUT。

本实用新型的优点是：该信号处理模块电路简单，选用ST公司的基于ARM Cortex-M3内核的超低功耗系列32位MCU，其强大的功能，既保证了对信号处理的实时性，也保证了对于工业仪表中低功耗的要求，整个模块在工作时的平均电流为2.8mA，满足两线制4-20mA工作，提高涡街流量计的量程范围、抗管道震动能力、抗干扰能力和测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的信号处理模块示意图。

图中：1前置板，2信号处理模块。

具体实施方式

如图1所示，该信号处理模块2由以下电子元器件连接组成，电容C1负极接前置板1的末级，电容C1正极和电阻R1的一端相连；电阻R1的另一端与电阻R2、R3、R4的一端接于一点；电阻R2的另一端接STM32的AD输入，电阻R2同时接电容C2的一端；电阻R3的另一端接电源VCC；电阻R4另一端接地；电容C2另一端接地；电容C01的一端和电容C02的一端相接并且接地；电容C01的另一端和晶振Y1的一端相接同时接STM32的OSC_IN；电容C02的另一端和晶振Y1的另一端相接同时接STM32的OSC_OUT。

该信号处理模块的工作方式：涡街前置末级输出的信号经过电容C1，电阻R1、R2、R3、R4，滤波电容C2，接STM32的AD输入；由于涡街传感器经过涡街前置输出的信号是一个近似于正弦波的信号，为了STM32的AD能采集到正负半周的信号，通过电阻R3、R4将A点抬高到1/2VCC；根据奈奎斯特采样定理，采样率不小于两倍的被测信号，即假设被测信号最大为1000Hz，那AD的采样率要求不小于2000Hz；通过STM32的Cortex-M3内核专用的DSP库对在满足奈奎斯特采样定理下AD采集到的信号做1024点的FFT运算，采集到的信号经过STM32做FFT运算之后，得到一段时间内信号的功率谱值，为了提高分辨率和测量精度，使用两谱线间插值的方法对信号插值，再经过多次采集做FFT运算求平均值，得出一组新功率谱，而此功率谱中最大对应的频率就是当前涡街信号的频率；为了提高抗管道震动的能力，而FFT后的功率谱与信号幅值成正比的关系，所以对FFT分析后的频率谱值加阙值判断，当低于设置的阙值时，就判断为管道震动干扰；整个模块工作时的平均电流2.8mA，可以使用两线制工作；通过PWM输出FFT分析后的频率给涡街表头或二次仪表显示。