一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是應(yīng)用在過程控制領(lǐng)域，具體地涉及一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)中科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電容傳感器在工業(yè)過程控制中應(yīng)用廣泛，通過測(cè)量電容值或改變情況可以獲得所需的其他物理量，如介電常數(shù)、含水率、位移等。邊緣電場(chǎng)(Fringing Electric Field,簡(jiǎn)稱FEF)傳感器屬于電容式傳感器，但它不同于普通的平行極板電容傳感器，邊緣電場(chǎng)傳感器的電極處于同一平面內(nèi)，由于具有單邊穿透、信號(hào)強(qiáng)度可調(diào)以及層析成像等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，越來越多地用于樣本物理特性的非接觸測(cè)量。
[0003]麻省理工學(xué)院最早對(duì)FEF傳感器的應(yīng)用進(jìn)行研究，研制了用于測(cè)量變壓器油中含水量的測(cè)試系統(tǒng)，使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)，制作信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器輸出交流信號(hào)進(jìn)行緩沖放大，并使用上位機(jī)對(duì)傳感器輸出交流電壓信號(hào)的幅值和相位計(jì)算得到傳感器極間電容和電導(dǎo)，通過傳感器極間電容和電導(dǎo)的變化確定樣本的特性。新西蘭的Massey大學(xué)使用FEF傳感器海產(chǎn)品中有毒化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量，由信號(hào)發(fā)生器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使用模擬電路將傳感器輸出的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，利用單片機(jī)測(cè)量其幅度值，并通過標(biāo)準(zhǔn)樣本建立直流電壓與樣本特性之間的關(guān)系。華盛頓大學(xué)使用FEF傳感器對(duì)造紙過程中紙漿含水量進(jìn)行測(cè)量，采用阻抗分析儀分析傳感器輸出信號(hào)。
[0004]近年來，F(xiàn)EF傳感器也吸引了越來越多國(guó)內(nèi)學(xué)者的注意力。西南交通大學(xué)研究了FEF傳感器在材料損傷探測(cè)中的應(yīng)用，制作4種波長(zhǎng)的傳感器，使用LCR儀對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。西安電子科技大學(xué)將FEF傳感器應(yīng)用于車輛雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用阻抗分析儀測(cè)量傳感器的電容值，實(shí)現(xiàn)外界雨量進(jìn)行測(cè)量，哈爾濱理工大學(xué)利用FEF傳感器的便攜式圍護(hù)結(jié)構(gòu)含水率測(cè)量系統(tǒng)，基于充放
電原理設(shè)計(jì)測(cè)量電路，但是由于采用直流放大，會(huì)存在較大漂移，并且電路中的CMOS開關(guān)所固有的寄生電容會(huì)影響測(cè)量精度。市售阻抗分析儀雖然中高頻精度高，抗干擾能力好，但其價(jià)格高昂，使用不便，且低頻測(cè)量效果也不盡人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明具有抗干擾強(qiáng)、低頻測(cè)量精度高的優(yōu)越特點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007]本發(fā)明一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其中包括驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、人機(jī)接口電路；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:28335eZdsp開發(fā)板內(nèi)部設(shè)置DSP主控芯片，28335eZdsp開發(fā)板片外部設(shè)置有256k的SRAM存儲(chǔ)、串口通訊、JTAG調(diào)試接口、SPI接口、GP10接口、SCI通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片；SPI接口與ADC采樣電路相連接，GP1接口與DDS芯片、繼電器、按鍵相連接，28335eZdsp開發(fā)板外部還設(shè)置有電源電路來提供+5V直流電；DDS芯片同時(shí)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、ADC采樣電路順次電連接；最后ADC采樣電路再把采得的數(shù)字信號(hào)傳送回28335eZdsp開發(fā)板上的DSP主控芯片。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的28335eZdsp開發(fā)板集成了 TMS320F28335DSP的最小系統(tǒng)、片外256k的SRAM存儲(chǔ)、DSP作為主控芯片進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)算和控制，該芯片是32位實(shí)時(shí)CPU、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、片上資源豐富串口通訊、JTAG調(diào)試接口。
[0009]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述的DSP芯片設(shè)置有SPI接口、GP10接口、夕卜部并行總線接口，及開發(fā)板SCI通訊模塊、JTAG通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片。
[0010]作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述的驅(qū)動(dòng)電路，是采用DSP控制DDS產(chǎn)生可調(diào)頻率的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過三個(gè)GP10 口模擬的SPI接口實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS芯片輸出信號(hào)的波形、頻率、相位控制。
[0011]另外，所述電源電路是采用能夠產(chǎn)生雙極性正弦波的雙電源運(yùn)算放大器，來提供士5V的供電電壓；整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)使用±12V開關(guān)電源供電，由線性穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為士5V模擬電源，+2.5V的ADC參考電壓，+3.3V、-5V數(shù)字電源。
[0012]本發(fā)明的有益效果是。
[0013]本發(fā)明采用基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器，利用其具有單邊穿透、信號(hào)強(qiáng)度可調(diào)及層析成像等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明包括調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)同步采集、
電源管理、人機(jī)接口五大硬件模塊實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生、傳感器信號(hào)同步采集和預(yù)處理、掃頻測(cè)量等功能。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的電源電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，為本發(fā)明一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中包括驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、人機(jī)接口電路；28335eZdsp開發(fā)板內(nèi)部設(shè)置DSP主控芯片，28335eZdsp開發(fā)板片外部設(shè)置有256k的SRAM存儲(chǔ)、串口通訊、JTAG調(diào)試接口、SPI接口、GP10接口、SCI通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片；SPI接口與ADC采樣電路相連接，GP1接口與DDS芯片、繼電器、按鍵相連接，28335eZdsp開發(fā)板外部還設(shè)置有電源電路來提供+5V直流電；DDS芯片同時(shí)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、ADC采樣電路順次電連接；最后ADC采樣電路再把采得的數(shù)字信號(hào)傳送回28335eZdsp開發(fā)板上的DSP主控芯片。
[0017]如圖2所示實(shí)施例中，為本發(fā)明一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的電源電路框圖。所述電源電路是采用能夠產(chǎn)生雙極性正弦波的雙電源運(yùn)算放大器，來提供±5V的供電電壓；整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)使用±12V開關(guān)電源供電，由線性穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為士5V模擬電源，+2.5V的ADC參考電壓，+3.3V、-5V數(shù)字電源。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其中包括驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、人機(jī)接口電路；其特征在于:28335eZdsp開發(fā)板內(nèi)部設(shè)置DSP主控芯片，28335eZdsp開發(fā)板片外部設(shè)置有256k的SRAM存儲(chǔ)、串口通訊、JTAG調(diào)試接口、SPI接口、GP1接口、SCI通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片；SPI接口與ADC采樣電路相連接，GP1接口與DDS芯片、繼電器、按鍵相連接，28335eZdsp開發(fā)板外部還設(shè)置有電源電路來提供+5V直流電；DDS芯片同時(shí)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、ADC采樣電路順次電連接；最后ADC采樣電路再把采得的數(shù)字信號(hào)傳送回28335eZdsp開發(fā)板上的DSP主控芯片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的28335eZdsp開發(fā)板集成了 TMS320F28335 DSP的最小系統(tǒng)、片外256k的SRAM存儲(chǔ)、DSP作為主控芯片進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)算和控制，該芯片是32位實(shí)時(shí)CPU、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、片上資源豐富串口通訊、JTAG調(diào)試接口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP芯片設(shè)置有SPI接口、GP1接口、外部并行總線接口，及開發(fā)板SCI通訊模塊、JTAG通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電路，是采用DSP控制DDS產(chǎn)生可調(diào)頻率的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過三個(gè)GP1口模擬的SPI接口實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS芯片輸出信號(hào)的波形、頻率、相位控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述電源電路是采用能夠產(chǎn)生雙極性正弦波的雙電源運(yùn)算放大器，來提供±5V的供電電壓；整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)使用±12V開關(guān)電源供電，由線性穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為±5V模擬電源，+2.5V的ADC參考電壓，+3.3V、-5V數(shù)字電源。
【專利摘要】一種基于eZdsp的邊緣電場(chǎng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生、傳感器信號(hào)同步采集和預(yù)處理、掃頻測(cè)量等功能；其包括驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、人機(jī)接口電路；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：28335eZdsp開發(fā)板內(nèi)部設(shè)置DSP主控芯片，28335eZdsp開發(fā)板片外部設(shè)置有256k的SRAM存儲(chǔ)、串口通訊、JTAG調(diào)試接口、SPI接口、GPIO接口、SCI通訊模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片；SPI接口與ADC采樣電路相連接，GPIO接口與DDS芯片、繼電器、按鍵相連接，28335eZdsp開發(fā)板外部還設(shè)置有電源電路來提供+5V直流電；DDS芯片同時(shí)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、ADC采樣電路順次電連接；最后ADC采樣電路再把采得的數(shù)字信號(hào)傳送回28335eZdsp開發(fā)板上的DSP主控芯片。
【IPC分類】G01D5/24
【公開號(hào)】CN105424066
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410475806
【發(fā)明人】陶建臣, 呂芝紅
【申請(qǐng)人】陶建臣
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2014年9月17日