本發(fā)明屬于流量測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波流量計(jì)信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊。

背景技術(shù)：

超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。超聲波流量計(jì)通常采用時(shí)差式測(cè)量原理：一個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)穿過(guò)介質(zhì)、另一側(cè)管壁后，被另一個(gè)探頭接收到，同時(shí)，第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號(hào)被第一個(gè)探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差與流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到流量計(jì)的流速值。由超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理得知，是否能夠得到正確的超聲波信號(hào)，關(guān)系到測(cè)量到的流量值是否準(zhǔn)確。但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，流量計(jì)可能遇到許多各種各樣的干擾，有來(lái)自電網(wǎng)的干擾、有空間干擾、還有各種現(xiàn)場(chǎng)聲源對(duì)超聲波換能器的干擾，這些干擾反應(yīng)到超聲波信號(hào)接收處理上就是噪聲，若噪聲強(qiáng)度超出超聲波流量計(jì)的容忍限度，流量計(jì)就會(huì)測(cè)量錯(cuò)誤，輸出一個(gè)錯(cuò)誤的流量值。我們常用電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號(hào)與噪聲的比例，即信噪比參數(shù)來(lái)衡量噪聲是否超出流量計(jì)所能容忍的限度。一般的超聲波流量計(jì)僅具有流量測(cè)量功能，而沒(méi)有信噪比檢測(cè)功能，所以它們并不能判斷信噪比是超出容忍限度，流量測(cè)量是否正常。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為要解決的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超聲波流量計(jì)信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種超聲波流量計(jì)信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊，其特征在于包括信號(hào)源、電子模擬開(kāi)關(guān)、幅值測(cè)量單元、單片機(jī)和報(bào)警輸出單元，所述信號(hào)源發(fā)射信號(hào)進(jìn)入所述電子模擬開(kāi)關(guān)，所述電子模擬開(kāi)關(guān)、所述幅值測(cè)量單元、所述單片機(jī)和所述報(bào)警輸出單元依次連接，所述時(shí)鐘單元與所述單片機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)連接并控制所述電子模擬開(kāi)關(guān)和報(bào)警輸出單元，所述信號(hào)通過(guò)電子模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入幅值測(cè)量模塊，所述信號(hào)源包括噪聲信號(hào)源和超聲波信號(hào)源，所述電子模擬開(kāi)關(guān)切換噪聲信號(hào)源與超聲波信號(hào)源，所述單片機(jī)采集所述幅值測(cè)量模塊測(cè)量的所述噪聲信號(hào)源和所述超聲波信號(hào)源發(fā)出噪聲信號(hào)與超聲波信號(hào)的幅值，所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)置閾值比較單元，所述閾值比較單元與所述報(bào)警輸出單元連接，所述時(shí)鐘單元與所述單片機(jī)連接產(chǎn)生所述單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。

優(yōu)選地，所述電子模擬開(kāi)關(guān)采用U1；所述幅值測(cè)量單元包括二極管D1、電容C1、電阻R1、電阻R2和二極管D1，所述二極管D1負(fù)極接所述電容C1、所述電阻R1和所述電阻R2的一端，所述二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，所述電容C1另一端接地線GND，所述電極R1另一端接二極管D2的正極；所述單片機(jī)采用U2；所述報(bào)警輸出單元采用施密特非門U3A，所述時(shí)鐘單元采用晶振X1。

優(yōu)選地，所述超聲波信號(hào)源連接所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的1腳，所述噪聲信號(hào)源接所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的5腳，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的2腳接所述電子模擬開(kāi)關(guān)的6腳再接二極管D1正極，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的8腳接電源VCC，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的4腳接地線GND，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的3腳接所述單片機(jī)U2的14腳，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的7腳接所述單片機(jī)U2的13腳，二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，所述電容C1另一端接地線GND，所述電極R1另一端接二極管D2的正極，所述二極管D2負(fù)極接所述單片機(jī)U2的12腳，所述電阻R2的另一端接所述單片機(jī)U2的2腳，所述單片機(jī)U2的1腳和64腳接電源VCC，所述單片機(jī)U2的8腳和9腳接晶振X1，所述單片機(jī)U2的62腳和63腳接地線GND，所述單片機(jī)U2的48腳接施密特非門U3A的1腳，所述施密特非門U3A的14腳接電源VCC，所述施密特非門U3A的7腳接地線GND，所述施密特非門U3A的2腳輸出報(bào)警信號(hào)。

優(yōu)選地，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1采用型號(hào)MAX4642EUA，所述晶振X1的頻率為32768Hz，所述單片機(jī)U1采用型號(hào)MSP430F249,所述施密特非門U3A，型號(hào)74HC14

本發(fā)明有益效果是：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，排出許多各種各樣的干擾；

2.可實(shí)時(shí)檢測(cè)信噪比，反映流量計(jì)應(yīng)用環(huán)境的噪聲程度；

3.信噪比超出流量計(jì)容忍限度，可觸發(fā)報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員在線檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式做出說(shuō)明。

本發(fā)明涉及一種超聲波流量計(jì)信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊，包括信號(hào)源、電子模擬開(kāi)關(guān)、幅值測(cè)量單元、單片機(jī)和報(bào)警輸出單元，所述信號(hào)源發(fā)射信號(hào)進(jìn)入所述電子模擬開(kāi)關(guān)，所述電子模擬開(kāi)關(guān)、所述幅值測(cè)量單元、所述單片機(jī)和所述報(bào)警輸出單元依次連接，所述時(shí)鐘單元與所述單片機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)連接并控制所述電子模擬開(kāi)關(guān)和報(bào)警輸出單元，所述信號(hào)通過(guò)電子模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入幅值測(cè)量模塊，所述信號(hào)源包括噪聲信號(hào)源和超聲波信號(hào)源，所述電子模擬開(kāi)關(guān)切換噪聲信號(hào)源與超聲波信號(hào)源，所述單片機(jī)采集所述幅值測(cè)量模塊測(cè)量的所述噪聲信號(hào)源和所述超聲波信號(hào)源發(fā)出噪聲信號(hào)與超聲波信號(hào)的幅值，所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)置閾值比較單元，所述閾值比較單元與所述報(bào)警輸出單元連接，所述時(shí)鐘單元與所述單片機(jī)連接產(chǎn)生所述單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。

優(yōu)選地，所述電子模擬開(kāi)關(guān)采用U1；所述幅值測(cè)量單元包括二極管D1、電容C1、電阻R1、電阻R2和二極管D1，所述二極管D1負(fù)極接所述電容C1、所述電阻R1和所述電阻R2的一端，所述二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，所述電容C1另一端接地線GND，所述電極R1另一端接二極管D2的正極；所述單片機(jī)采用U2；所述報(bào)警輸出單元采用施密特非門U3A時(shí)鐘單元采用晶振X1。時(shí)鐘單元是用來(lái)給整個(gè)系統(tǒng)提供控制時(shí)序的，準(zhǔn)確的時(shí)序控制才可以保證信號(hào)采集的精確度，所以本模塊采用了外部晶振作為時(shí)鐘單元，要求晶振的工作頻率在32768Hz，頻率穩(wěn)定性小于20ppm。

優(yōu)選地，所述超聲波信號(hào)源連接所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的1腳，所述噪聲信號(hào)源接所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的5腳，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的2腳接所述電子模擬開(kāi)關(guān)的6腳再接二極管D1正極，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的8腳接電源VCC，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的4腳接地線GND，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的3腳接所述單片機(jī)U2的14腳，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1的7腳接所述單片機(jī)U2的13腳，二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，所述電容C1另一端接地線GND，所述電極R1另一端接二極管D2的正極，所述二極管D2負(fù)極接所述單片機(jī)U2的12腳，所述電阻R2的另一端接所述單片機(jī)U2的2腳，所述單片機(jī)U2的1腳和64腳接電源VCC，所述單片機(jī)U2的8腳和9腳接晶振X1，晶振X1所述單片機(jī)U2的62腳和63腳接地線GND，所述單片機(jī)U2的48腳接施密特非門U3A的1腳，所述施密特非門U3A的14腳接電源VCC，所述施密特非門U3A的7腳接地線GND，所述施密特非門U3A的2腳輸出報(bào)警信號(hào)。

優(yōu)選地，所述電子模擬開(kāi)關(guān)U1采用型號(hào)MAX4642EUA，所述晶振X1的頻率為32768Hz，晶振X1的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。單片機(jī)U1采用型號(hào)MSP430F249,所述施密特非門U3A，型號(hào)74HC14電子模擬開(kāi)關(guān)的作用是用來(lái)切換超聲波信號(hào)與噪聲信號(hào)，選型要求導(dǎo)通電阻低于10歐姆，開(kāi)關(guān)時(shí)間小于100ns；單片機(jī)可以選用TI公司MSP430系列低功耗16位單片機(jī)，要求具有內(nèi)部12位AD轉(zhuǎn)換模塊；施密特非門輸出延時(shí)小于100ns，電流驅(qū)動(dòng)能力大于3mA。

實(shí)施例1

一種超聲波流量計(jì)信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊，包括信號(hào)源、電子模擬開(kāi)關(guān)、幅值測(cè)量單元、單片機(jī)、時(shí)鐘單元和報(bào)警輸出單元，其中信號(hào)進(jìn)入電子模擬開(kāi)關(guān)，由單片機(jī)控制電子模擬開(kāi)關(guān)，信號(hào)通過(guò)電子模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入幅值測(cè)量模塊，然后，并計(jì)算信噪比，與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，若小于閾值，則通過(guò)報(bào)警輸出模塊輸出報(bào)警信號(hào)，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員在線檢測(cè)，時(shí)鐘單元與單片機(jī)連接連接產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。

單片機(jī)連接并控制電子模擬開(kāi)關(guān)和報(bào)警輸出單元，信號(hào)通過(guò)電子模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入幅值測(cè)量模塊，信號(hào)源包括噪聲信號(hào)源和超聲波信號(hào)源，電子模擬開(kāi)關(guān)切換噪聲信號(hào)源與超聲波信號(hào)源，單片機(jī)采集幅值測(cè)量模塊測(cè)量的噪聲信號(hào)源和超聲波信號(hào)源發(fā)出噪聲信號(hào)與超聲波信號(hào)的幅值，單片機(jī)內(nèi)設(shè)置閾值比較單元，閾值比較單元與報(bào)警輸出單元連接，時(shí)鐘單元與所述單片機(jī)連接產(chǎn)生所述單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。

電子模擬開(kāi)關(guān)采用U1；幅值測(cè)量單元包括二極管D1、電容C1、電阻R1、電阻R2和二極管D1，二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，電容C1另一端接地線GND，電極R1另一端接二極管D2的正極；單片機(jī)采用U2；報(bào)警輸出單元采用施密特非門U3A，時(shí)鐘單元采用晶振X1。

電子模擬開(kāi)關(guān)U1，型號(hào)MAX4642EUA，二極管D1、二極管D2，電容C1，電阻R1、電阻R2，晶振X1，頻率32768Hz，單片機(jī)U2，型號(hào)MSP430F249,施密特非門U3A，型號(hào)74HC14；電子模擬開(kāi)關(guān)選用MAX4642EUA導(dǎo)通電阻4歐姆，開(kāi)關(guān)時(shí)間20ns；單片機(jī)選用TI公司16位單片機(jī)MSP430F249，內(nèi)部多路12位AD轉(zhuǎn)換模塊；施密特非門選用74HC14傳輸延遲為12ns，電流驅(qū)動(dòng)能力大于+5mA。

信號(hào)源中的超聲波信號(hào)源產(chǎn)生的超聲波信號(hào)接電子模擬開(kāi)關(guān)U1的1腳，信號(hào)源中的噪聲信號(hào)源產(chǎn)生的噪聲信號(hào)接電子模擬開(kāi)關(guān)U1的5腳，電子模擬開(kāi)關(guān)U1的2腳接6腳接二極管D1正極，電子模擬開(kāi)關(guān)U1的8腳接電源VCC，電子模擬開(kāi)關(guān)U1的4腳接地線GND，電子模擬開(kāi)關(guān)U1U1的3腳接單片機(jī)U2的14腳，電子模擬開(kāi)關(guān)U1的7腳接U2的13腳，二極管D1負(fù)極接電容C1、電阻R1和電阻R2的一端，電容C1另一端接地線GND，電阻R1另一端接二極管D2的正極，二極管D2負(fù)極接單片機(jī)U2的12腳，電阻R2的另一端接單片機(jī)U2的2腳，單片機(jī)U2的1腳和64腳接電源VCC，單片機(jī)U2的8腳和9腳接晶振X1，晶振X1對(duì)單片機(jī)U2的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，單片機(jī)U2的62和63腳接GND，單片機(jī)U2的48腳接施密特非門U3A的1腳，施密特非門U3A的14腳接電源VCC，施密特非門U3A的7腳接電線GND，施密特非門U3A2腳輸出報(bào)警信號(hào)。

工作過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)U2控制電子模擬開(kāi)關(guān)U1，將超聲波信號(hào)引入幅值測(cè)量模塊，先將單片機(jī)U2的12腳置低電平，延時(shí)5μs以上，再置高電平，延時(shí)100μs以上，通過(guò)單片機(jī)U2內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊讀取2腳的電壓值，得到超聲波信號(hào)的幅值V1，同理，單片機(jī)U2控制電子模擬開(kāi)關(guān)U1，將噪聲信號(hào)引入幅值測(cè)量模塊，先將U2的12腳置低電平，延時(shí)5μs以上，再置高電平，延時(shí)100μs以上，通過(guò)單片機(jī)U2內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊讀取2腳的電壓值，得到噪聲信號(hào)的幅值V2，通過(guò)公式計(jì)算信噪比SNR，SNR＝20Lg(V1/V2)，再判斷SNR是否大于預(yù)設(shè)閾值SNR0，若SNR小于SNR0則單片機(jī)U2控制48腳輸出低電平，從而在施密特非門U3的2腳輸出高電平報(bào)警信號(hào)，反之單片機(jī)U2的48腳輸出高電平，在施密特非門U3的2腳輸出低電平報(bào)警信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)噪聲信號(hào)超出容忍限度的時(shí)候，信噪比檢測(cè)報(bào)警模塊可以輸出高電平報(bào)警。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，排出許多各種各樣的干擾；可實(shí)時(shí)檢測(cè)信噪比，反映流量計(jì)應(yīng)用環(huán)境的噪聲程度；信噪比超出流量計(jì)容忍限度，可觸發(fā)報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員在線檢測(cè)。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。