[实用新型]基于FPGA的超声波液体密度计

说明书

技术领域

本实用新型涉及液体密度计技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的超声波液体密度计。

背景技术

随着测量技术的发展，对液体密度测算的需求越来越多。传统的测量技术已经不能满足需求。因此，超声波测量技术被越来越多的液体密度测量设备采用。传统的超声波液体密度计受限于专用芯片的功能与时钟频率，功能单一，测试精度较低，不能满足用户多样化的需求。而且伴随着用户需求多样性的日益增多，专用芯片灵活性较差的缺点愈发显露，增加了产品的成本和开发周期。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于FPGA的超声波液体密度计，简化结构，节省成本。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种基于FPGA的超声波液体密度计，其特征在于:包括FPGA芯片、超声波发射模块、超声波接收模块、超声波发射探头、超声波接收探头、温度传感器ADT7420以及上位机；

所述FPGA芯片的输出端通过所述超声波发射模块与所述超声波发射探头连接；

所述FPGA芯片的输入端通过所述超声波接收模块与所述超声波接收探头连接；

所述温度传感器ADT7420将测量的液体传送给所述FPGA芯片；

所述FPGA通过串行接口将液体密度信息传输给上位机，上位机显示液体密度。

优选地，所述FPGA芯片采用Xilinx公司的XC6VLX75T-FFG484。

优选地，所述FPGA芯片通过RS232接口与上位机连接。

优选地，所述FPGA芯片内部划分为锁相环电路、温度补偿电路、主控电路、脉冲发生电路、脉冲采集电路、RS232电路、运算电路、计数器电路以及I2C电路。

锁相环电路，输入20MHz时钟，输出80MHz的时钟。输出的时钟作为其它所有电路的主时钟。

I2C电路的输入信号是温度传感器ADT7420的输出，I2C电路的输出连接到温度补偿电路。

温度补偿电路的输入信号是I2C电路的输出，温度补偿电路的输出连接到主控电路。

脉冲发生电路的输入信号是主控电路的输出，脉冲发生电路的输出连接到超声波发射电路的输入。

脉冲采集电路的输入信号是超声波接收电路的输出，脉冲采集电路的输出连接到主控电路。

RS232电路的输入信号来自主控电路和上位机，RS232电路的输出连接到主控电路和上位机。

运算电路的输入、输出均连接到主控电路。

计数器电路的输入、输出均连接到主控电路。

本实用新型的有益效果是:相对于现有技术，通过调用FPGA芯片内的高速计数电路，可以在FPGA中实现传统分立器件才能实现的高速计数电路的各种功能。运行稳定、可靠、操作简单、维护方便,达到了设计要求。

附图说明

图1为本实用新型的硬件及主要信号线连接示意图；

图2为本实用新型中FPGA内部功能模块连接示意图；

图3为本实用新型中运算电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1和图2和图3所示，一种基于FPGA的超声波液体密度计，包括：

1)晶振：对FPGA提供20MHz高精度低抖动的时钟信号；

2)FPGA：主要完成超声波液体密度计的计算功能；

3)上位机：主要完成超声波液体密度计的控制功能和人机交互功能；

4)超声波发射模块和超声波发射探头：主要完成超声波的发送功能；

5)超声波接收模块和超声波接收探头：主要完成超声波的接收功能；

6)ADT7420：主要完成温度采集功能。

所述FPGA芯片控制所述超声波发射模块通过超声波发射探头发射超声波，同时启动所述FPGA芯片内部的计数器开始计数；所述超声波接收模块通过超声波接收探头接收到超声波后，输出脉冲，由所述FPGA芯片接收；所述FPGA芯片通过计算超声波在液体中的传播时间并通过ADT7420测量的温度得出液体的密度；所述FPGA通过串行接口(RS232)将液体密度信息传输给上位机，上位机显示液体密度。

硬件及主要信号线连接示意图如图1所示。

FPGA内部功能模块连接示意图如图2所示。

锁相环电路，通过调用FPGA自带的锁相环IP核实现。输入20MHz时钟，输出80MHz钟。输出的时钟作为其它所有电路的主时钟。