用時(shí)差法檢測(cè)液壓系統(tǒng)流量

其工作流程如下：通過(guò)單片機(jī)的P2端口使CPLD工作。由PULSE子模塊發(fā)送特定脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，CPLD在發(fā)射脈沖的同時(shí)CNT子模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)，接收放大電路接收信號(hào)并經(jīng)過(guò)零比較后，向CPLD的PULSE_ACT口提供停止計(jì)時(shí)的高電平信號(hào)。然后CPLD就將CNT中計(jì)時(shí)的16位數(shù)據(jù)以8位的形式通過(guò)SEL_2,TRIBUFFER再通過(guò)P0口上傳給單片機(jī)。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，最后上傳或直接顯示數(shù)據(jù)目。

3.2 CPLD中關(guān)鍵子模塊的功能仿真

由于檢測(cè)系統(tǒng)要求準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)脈沖和精確的順逆流時(shí)間，因此PULSE和CNT兩個(gè)子模塊成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵模塊。這2個(gè)模塊設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)性能，功能仿真和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

3.2.1 PULSE子模塊仿真

根據(jù)頻譜分析，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度與傳感器頻率之間存在最佳關(guān)系式，當(dāng)脈沖寬度滿足該關(guān)系式時(shí)，接收傳感器的接收信號(hào)質(zhì)量最佳。該設(shè)計(jì)采用2.5 MHz的超聲換能器，經(jīng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)脈沖最佳為600 ns.CPLD控制信號(hào)可以達(dá)到納秒級(jí)的控制精度。因此可產(chǎn)生控制信號(hào)，既克服了模擬器件抗干擾性差的缺點(diǎn)。CPLD產(chǎn)生控制信號(hào)再經(jīng)光電隔離進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路。從而控制150 V高壓驅(qū)動(dòng)超聲發(fā)射傳感器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用單脈沖驅(qū)動(dòng)，如圖3所示，EMP240T100C5N用100 MHz時(shí)鐘晶體振蕩器發(fā)送600 ns驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。

3.2.2 CNT子模塊仿真

超聲波測(cè)流量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)超聲波在順流和逆流這兩種情況下的準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)越精確所得時(shí)間差越準(zhǔn)確，有利于后續(xù)流速和流量的計(jì)算。由于超聲波的頻率為2.5 MHz,所以需要計(jì)時(shí)器的工作頻率與之相適應(yīng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CPLD采用100 MHz的有源晶體振蕩器，時(shí)鐘周期達(dá)到10 ns.計(jì)時(shí)原理為：當(dāng)CPLD從開(kāi)始發(fā)送脈沖信號(hào)時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)接收到脈沖信號(hào)時(shí)停止計(jì)數(shù)。通過(guò)換算，將CPLD所計(jì)的數(shù)值換算成超聲波在液體中所用時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)關(guān)鍵子系統(tǒng)的功能仿真，可以看出CPLD關(guān)鍵子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足整體設(shè)計(jì)的性能要求。在實(shí)際應(yīng)用中CPLD也可以滿足其設(shè)計(jì)要求。該超聲波液壓流量檢測(cè)系統(tǒng)具有精度高，反應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)的功能。適用于較惡劣的環(huán)境，同時(shí)也便于診斷液壓系統(tǒng)故障。