基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的测量精度及分辨率,提出了一种基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统;系统包括硬件电路设计和软件设计;硬件电路以STM32F4内核处理器芯片和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心,集成了信号调理、信号处理等电路模块;运用高频时钟脉冲插补时栅位移传感器感应信号和参考信号之间的相位差,通过软件设计控制信号的采集和处理,实现了相位检测;经实验验证,采用以STM32F4为核心的时栅信号处理系统后,时栅位移传感器的角度误差峰峰值达到2.4”,实现了高精度、高分辨率的时栅角位移测量.     

时栅位移传感器网络功能模型研究

在时栅位移传感器传统通信模式的基础上,提出了一种基于uIP协议结合嵌入式系统的具有网络化功能的时栅位移传感器模型.针对网络功能模型的在线故障诊断功能,分析了时栅位移传感器的故障来源和检测方法.同时给出了远程初始校验和大数据采集等方面的设计方案,时栅位移传感器的网络化设计方案将全面提升时栅产品的信息化、智能化和网络化功能,同时也将促进时栅位移传感器产业化发展.     

时栅位移传感器网络功能模型研究

在时栅位移传感器传统通信模式的基础上,提出了一种基于uIP协议结合嵌入式系统的具有网络化功能的时栅位移传感器模型.针对网络功能模型的在线故障诊断功能,分析了时栅位移传感器的故障来源和检测方法.同时给出了远程初始校验和大数据采集等方面的设计方案,时栅位移传感器的网络化设计方案将全面提升时栅产品的信息化、智能化和网络化功能,同时也将促进时栅位移传感器产业化发展.     

基于电阻链移相的时栅高速测量方法研究

针对时栅位移传感器因频率响应慢影响测量速率的问题,提出了一种电阻链移相结合数据处理的方法.利用电阻链对时栅输出信号进行移相处理,采用多路模拟选择器和整形输出电路对移相后的信号分时输出,运用可编程片上系统(SOPC)技术进行数据处理和误差补偿.实验结果表明:采用该方法采样频率由原来的400 Hz提高到12.8 kHz,大幅度提高了现阶段时栅位移传感器的频率响应,使传感器实现了高速实时测量.同时能够有效地降低了随机误差,对极内的误差峰-峰值由1.5"降低为0.8",测量精度提高了近1倍.     

基于光场耦合的时栅位移传感器设计

为了实现制造成本低、易加工、高精度的位移测量,设计了一种光场耦合式的时栅位移传感器.介绍了利用基于交变光场的两路驻波合成电行波信号,并通过鉴相的方式实现空间位移转换的测量原理;完成了传感器的结构设计,给出了传感器的系统框图,具体分析了信号处理电路的功能.实验结果表明:光场耦合式的时栅位移传感器在108 mm范围内误差为±0. 5μm.     

基于μC/OS-Ⅲ和LwIP时栅位移传感器多模式网络接口设计

针对时栅位移传感器网络化通信的要求日益提高,提出了一种基于μC/OS-Ⅲ和LwIP时栅位移传感器多模式网络接口设计方案。根据时栅位移传感器的特点,该系统采用基于Cortex-M4内核的微控制器STM32F407ZGT6硬件平台,利用μC/OS-Ⅲ实时操作系统和LwIP轻量型网络协议栈的特点,选择以太网、Wi-Fi、4G作为互联网通信多模式网络接口,建立各传感器之间的联系,完成时栅位移传感器产品的后台服务终端。实验结果表明,该设计能够实现远程故障诊断和校验,提高时栅位移传感器智能化和数字化水平,促进时栅产业化。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统;利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度;该系统在FPGA内基于NiosⅡ软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率;实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960 MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为士1.3",实现了时栅的高精度角位移测量.     

基于TDC-GP2的高速时栅位移传感器信号处理系统的研究

随着时栅位移传感器的产业化发展,高速测量需求的趋势日益凸显,提出了一种基于TDC-GP2的时栅位移传感器信号处理系统。该系统采用STM32F4和AD9958产生时栅位移传感器所需的高稳定、高精度励磁信号,采用高分辨率TDC-GP2数字时钟转换器来测量传感器动、定测头的感应信号相位时间差,将测量结果送入微处理器中处理,以此到达以时间测量空间的目的。经实验表明:48对极时栅传感器整周(0~360°)的误差达到±2.3″,该方案优化了电路结构,提高了时栅位移传感器的测量精度。     

基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统集成化设计

设计了一种基于单片STM32F4芯片的时栅位移传感器信号处理系统,将驱动电源、信号采样以及数据处理与误差补偿集成在一片芯片中完成,采用数字频率直接合成（DDS）技术进行激励源的设计,利用输入捕获方式进行高频时钟脉冲插补来采集测量信号,由芯片集成的单周期DSP指令部件完成数据计算,并采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正。实验表明：采用该系统后,72对极时栅误差峰峰值为3．29”,在保证精度的同时实现了时栅信号处理系统的集成化、小型化,降低了生产成本。     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

时栅角位移传感器误差测试及补偿

在工业现场,角位移传感器校准受特殊条件的限制,很难用标准器进行密集误差采样来提高精度。针对该问题提出了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析时栅角位移传感器的感应信号的基础上,提出稀疏采样第1个对极内细分误差+对极点零位误差的测补方式,给出用激光干涉仪获取零位和细分误差的方法及采用稀疏采样的误差补偿模型进行补偿的具体过程。以72对极时栅角位移传感器为对象进行研究,实验结果表明:该方法充分剔除了零位误差且补偿了细分误差,在稀疏采样的条件下即可实现整周范围的有效补偿,大大提高了修正效率和测量精度,时栅传感器的精度达到2.69″。     

明渠非接触式流量计的设计

描述了DSP控制实现的明渠非接触式流量计,对非接触式流量计的数据采集结构及通信接口电路组成做了详细讨论。介绍了在多数据量采集以及实时处理的要求下,采用数字信号处理器TMS320LF2407A实现采样运算的方案。采用FIR算法对采样数据进行数字低通滤波,将数据通过串行口传送到上位机实现远程监控。根据所提出的方案研制了一台基于TMS320LF2407A明渠污水流量计。     

基于SmartMesh IP技术的无线围岩移动传感器设计

为了解决基于RS-485总线通信的围岩移动传感器在工作面回采过程中线缆容易被扯断,离层数据无法可靠、实时上传的问题,以及现有无线顶板安全监控系统节点数量少、功耗高、实用性差的问题,创新性地提出了一种采用SmartMeshIP无线通信技术的,具有低功耗、自组网特点的无线围岩移动传感器设计方案。对电池电压采集电路、数码管显示电路、光控及遥控电路、元件信号处理电路、报警电路、无线组网模块接口电路六部分硬件电路,及各部分电路低功耗实现方法、电池电量计算与选型以及传感器的软件流程进行了研究。现场应用表明,该传感器无线自组网数据传输稳定可靠,运行功耗低,能够保证在不换电池的情况下工作1年以上。该研究对煤矿安全监测智慧化发展进行了有益的探索。     

异构环境下无线传感大数据跨域传输安全控制系统设计

在异构环境下无线传感大数据受到网络入侵影响,容易出现数据丢包率高且传输效率低的问题,因此设计了异构环境下无线传感大数据跨域传输安全控制系统。根据异构环境下无线传感网络结构,设计由数据采集模块、处理模块和显示模块组成的系统总体结构。选择SY AD 08T型号数据信号采集器,监控现场数据采集显示结果;使用Ryzen 3 2200G型号核心处理器支持自适应动态扩频,执行处理指令;通过控制电路中电压值范围,调节电流强度。软件设计部分利用高维数据空间降维改进算法,借助ELM分类器检测大数据跨域传输入侵情况,利用通信窃听方式添加噪声控制接收端信噪比上限,以此控制跨域传输噪声。融合信道编码纠错与密码流扰乱,限制数据解码时间,阻止非正常渠道窃听。在网络环境和配置清单支持下进行实验验证分析,由实验结果可知,该系统丢包率低于1.5%,大数据传输效率最高为98%,有效增强了大数据跨域传输安全性。     

基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统设计

目前设计的工业机器人远程监控系统存在抗干扰能力差、功耗过高的问题。基于LoRa无线通信设计了一种新的工业机器人远程监控系统,系统硬件主要设计了主控芯片、工业机器人接口、电源电路和位移传感器四部分。主控芯片为SX1265/7/8型号射频芯片,选用STM32F1103C8T6型号MCU主控芯片作为LoRa无线通信的组网处理硬件,根据MCU主控芯片性能建立信号链,采用SPI接口使SX1276无线收发装置和单片机设备的接口关联,利用锂电池作为电源电路,通过AME8800AEETL稳压芯片稳定锂电池电源电压,使用WXY31拉线式位移传感器实现传感。引入LoRa无线通信技术,建立LoRa无线通信信号储存时序,接收采集平台下发监控指令,更新显示屏上的机器人工作状态,实现远程监控软件操作。实验结果表明,设计的基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统抗干扰能力得到有效加强,功耗明显降低。     

基于参量模型估计的周期信号等效采样方法研究

针对现有的常规的等效时间采样方法必须具备准确的模拟触发电路,必须具备精确的定时电路或时长检测电路,并且波形重建时间长甚至不能完全重建的问题,提出一种基于参量模型估计的周期信号等效时间采样方法.该方法采用三个两两互质频率进行三轮采样,从三轮采样数据估计出被测周期信号的基频和其它参数,从而重构出被测周期信号波形.实验证明,该方法在信噪比较高时重构出被测周期信号波形的正确概率很高,重构误差很小.该方法已被成功运用到数字存储示波器的高速数据采集系统中.     

基于GSM远程心电自动监控系统的研究

介绍一种基于GSM网络实现远程心电自动监控系统的设计过程。该系统通过心电信号采集电路、单片机及接口电路、GSM通信模块电路以及GSM通信模块与上位机的连接来实现远程心电自动监控,利用标准的AT指令完成了心电采集数据短消息的发送、接收以及保存等功能,使监护仪成本大幅度下降,远程心电监护更易推广。具有广阔的应用前景。     

基于ENC28J60的表面肌电信号采集系统的网络接口设计

针对当前许多医疗仪器未能实现网络连接的问题,提出了一种基于ENC28 J60的网络接口的设计方法,并应用于表面肌电信号采集系统。电路主要由主控芯片dsPIC30F6012和以太网控制芯片ENC28 J60组成。重点介绍了网络通信接口电路的设计、SPI通信,以及TCP/IP远程通信。实验证明,基于ECN28 J60的网络接口应用于表面肌电采集系统,具有结构简单、性能稳定、兼容性强的特点。