基于嵌入式系统的激光粒度仪电路设计.pdf

第33卷第1期
光学仪器
Vol 33, No. 1
2011年2月
OPTICAL INSTRUMENTS
February, 2011
文章编号:1005-5630(2011)01-0070-04
基于嵌人式系统的激光粒度仪电路设计
王俊,刘缠牢,王雪艳
(西安工业大学光电工程学院,陕西西安710032)
摘要:激光粒度仪是一种应用广泛的颗粒测量仪器。文中提出采用DSP和ARM嵌入式系统
的设计方案,取代传统激光粒度仪所采用的数据采集卡,PC机,意在实现激光粒度仪的小型化,
低成本。阐述了粒度仪数据采集系统的硬件组成,エ作原理,电路的设计。设计提高了粒度仪
的抗千扰能力和测量精度。
关键词:激光粒度仪;嵌入式系统;DSP;ARM
中图分类号:TH741文献标识码:Adoi:10.3969/iss1005630.2011.01.016
Design of circuit for laser particle size anal er based on embedded system
WANG Jun, LIU Chanlao, WANG Xueyan
School of Optoelectronic Engineering, Xi an Technological University, Xi an 710032, China
Abstract: As measuring instrument for particle laser particle size analyzer are applied widely.
DSP and ARM embedded system for laser particle size analyzer are proposed, which replaced
the data acquisition card and PC in the conventional laser particle size analyzer to realize
miniaturization and low cost. In this article introduced hardware structure and principle of the
data collect system and circuit design. Laser particle size analyzer s anti-interference ability and
the precision of measurement are enhanced.
Key words: laser particle size analyzer; embedded system; DSP; ARM
引言
颗粒在自然界和国民经济领域是广泛存在的。能准确地测量顆粒大小(包括粒径、分布)对改善产品
质量、提高产品性能、降低能源消耗、控制环境污染、保障人身健康等方面有着重大的经济效益和社会
效益
传统的激光粒度仪采用普通PC机作为粒度仪的运算和控制器。嵌人式系统是计算机技术、通信技
术、微电子技术等先进技术和具体应用对象相结合后的更新产品,系统无多余软件,硬件无多余存储器
可靠性高、体积小,可应用于工业控制等领域,具有便利灵活、性价比高、嵌人性强等特点]。嵌入式处理
器可分为嵌入式微处理器,微控制器,数字信号处理器( digital signal processing,DSP),片上系统。DSP
作为一种专门用于数字信号处理的微处理器,拥有强大的运算能力,在仪器仪表领域有广泛的应用。
ARM处理器是ARM( Advanced RISC Machines)公司设计的一系列RISC嵌入式微处理器,具有强大的
处理能力和对外部事件进行及时准确的响应,广泛应用于工业自动化领域り。文中提出基于DSP的激光
收稿日期:201008-24
作者简介:王俊(1984-),男,山西朔州人,士研究生?主要从事测控技术与智能仪器方面的研究
万方数据
第1期
王俊,等:基于嵌人式系统的激光粒度仪电路设计
粒度仪数据运算电路,基于ARM的挖制显示电路,意在实现粒度仪的小型化,低成本。
1激光粒度仪工作原理
激光粒度仪是根据颗粒使光产生散射这一物理现象测试颗粒大小。如图1所示,激光器发出的激
光经扩束准直后,垂直照射在一方形光学玻璃样品池,样品池里有溶在水里的样品,在样品池的另一端用
傅里叶透镜进行聚光,在傅里叶透镜的焦距处放有一个环形探测器,环形探测器的中心在傅里叶透镜的
焦点处,这样就能对散射光进行接收。再对光电信号进行采集,经DSP进行信号处理和运算。探测器由
64环的硅光电池组成,把散射光的光强分布转换为电信号。根据这64环探测器所采集到的数据应用米
氏散射理论可以反演出待测颗粒的粒径。
形
激光光程しで浦时う数据果(运显?
探测器
图1激光粒度仪组成框图
Fig. 1 The composition diagram of particle laser particle size analyzer
2系统设计与实现
Irv
路、转放
ARM
选)换
大y转
系
2.1总体电路设计
择V电?器V换
统
触摸屏
信号采樂器
系统结构如图2所示,包括信号选通电路,放大
转换电路,运算电路和显示控制电路四部分组成
控制板
由图2知,光电探测器输出的是64路模拟信号。
图2系统结构
选用ADG506A模拟多通道选择器,它是16选1模
Fig 2 System structure
拟多通道选择芯片,它有S1~S6共16个模拟电流信
号输入端,一个模拟信号输出端D,四个通道选择逻辑端,一个片选使能信号端。设计共用4片
ADG506A完成64路采集信号的单路选通。4片ADG506A共八个地址信号端由DSP芯片
TMS320C5509A的GPI(6到GPI(13提供。TMS320C5509A(PQFP封装)共有13个通用输入输出管
脚,这些管脚很容易配置成控制臂腳,为逻辑控制提供方便。光电探测器输出的电流信号是无法让A/D
进行采集的。必须经过电流电压转换电路,滤波放大电路传送给DSP。在传送过程中,DSP通过控制
ADG506A的8个地址线模式,使用从0~63依次增加1的方法实现信号的依次单路选通。经过滤波放
大电路放大的电压信号传输给DSP。TMS320C5509A主机接口(HPI)是一个16位并行接口,通过该接
口ARM微处理器可以直接高速访问DSP的内部存储器空间。ARM微处理器通过RS232串口控制控
制板实现在粒度仪测量过程中对辅助测量设备(超声波,搅拌器,水泵,电池)的实时控制。
2.2运算、显示电路设计
激光粒度仪是根椐采集到的光散射信息应用米氏散射理论反演出待测颗粒的粒径?。根据粒度仪
的运算速度、精度,数据、程序仔储空间,仪器的开发成本,文中运算电路的主芯片采用TI公司的
TMS320C5509A。它是一种低功耗高性能DSP,16位定点运算,速度为40~200MIPS?。设计中,DSP
系统中需要外扩 flash芯片,用来烧写程序。系统采用串行fash芯片AT25F1024N,它具有1MB的容量
而且成本低,工作电压为3.3V。GPIO4作为AT25F1024N的片选使能信号,S为数据输出端口,S为数
据输入端口,SCK为数据