基于fpga的高精度超聲波溫度計(jì)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域：
[0002]本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)。
[0003]【背景技術(shù)】：
[0004]傳統(tǒng)的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻及熱敏電阻溫度計(jì)等，他們的技術(shù)已經(jīng)成熟，但是只能應(yīng)用在傳統(tǒng)的測(cè)量場(chǎng)合，不能應(yīng)用于許多高科技領(lǐng)域。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)。
[0007]上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008]1. —種基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)，其組成包括：溫度計(jì)、FPGA控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，所述的溫度計(jì)連接兩個(gè)超聲波換能器，所述的兩個(gè)超聲波換能器一個(gè)為輸入換能器E1，一個(gè)為輸出換能器E2,所述的輸出換能器E2連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路連接FPGA控制電路，所述的FPGA控制電路連接D/A轉(zhuǎn)換電路，所述的D/A轉(zhuǎn)換電路與輸入換能器E1連接，所述的FPGA控制電路內(nèi)部具有控制器、信號(hào)采集器、NIOS II處理器和信號(hào)發(fā)生器；所述的A/D轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸出換能器E2的放大電路，所述的放大電路又與濾波電路連接，所述的濾波電路再與A/D轉(zhuǎn)換器連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA控制電路連接；
[0009]所述的D/A轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸入換能器E1的濾波放大電路，所述的濾波放大電路與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述的D/A轉(zhuǎn)換器連接于FPGA控制電路；
[0010]所述的FPGA控制電路的外圍還連接有控制鍵盤、輸出顯示器、RS-232通訊接口和遠(yuǎn)程控制接口。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果：
[0012]1.本實(shí)用新型的超聲波溫度計(jì)在FPGA上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高速信號(hào)電路控制模塊、高頻信號(hào)發(fā)生器模塊、信號(hào)自動(dòng)采集控制模塊以及NIOS II軟核處理器模塊，解決了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，并降低了成本，減小了體積。
[0013]本實(shí)用新型的超聲波溫度計(jì)通過(guò)處理器進(jìn)行了特殊的軟件細(xì)分插補(bǔ)算法來(lái)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
[0014]本實(shí)用新型的超聲波溫度計(jì)能夠達(dá)到納秒級(jí)超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量。
[0015]本實(shí)用新型的超聲波溫度計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)分辨率優(yōu)于0.001攝氏度的溫度測(cè)量。
[0016]【附圖說(shuō)明】：
[0017]附圖1是本實(shí)用新型超聲波溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖2是本實(shí)用新型超聲波溫度計(jì)的FPGA片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。
[0019]【具體實(shí)施方式】：
[0020]實(shí)施例1:
[0021]1. —種基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)，其組成包括：溫度計(jì)、FPGA控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，所述的溫度計(jì)9連接兩個(gè)超聲波換能器，所述的兩個(gè)超聲波換能器一個(gè)為輸入換能器E1 16, 一個(gè)為輸出換能器E2 10,所述的輸出換能器E2連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路連接FPGA控制電路，所述的FPGA控制電路連接D/A轉(zhuǎn)換電路，所述的D/A轉(zhuǎn)換電路與輸入換能器E1連接，所述的FPGA控制電路內(nèi)部具有控制器4、信號(hào)采集器7、NI0S II處理器11和信號(hào)發(fā)生器13;所述的A/D轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸出換能器E2的放大電路8,所述的放大電路又與濾波電路6連接，所述的濾波電路再與A/D轉(zhuǎn)換器5連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA控制電路連接；所述的D/A轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸入換能器E1的濾波放大電路15,所述的濾波放大電路與D/A轉(zhuǎn)換器14連接，所述的D/A轉(zhuǎn)換器連接于FPGA控制電路；所述的FPGA控制電路的外圍還連接有控制鍵盤1、輸出顯示器2、RS-232通訊接口 12和遠(yuǎn)程控制接口 3。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]根據(jù)實(shí)施例1所述的基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)，所述的在FPGA的控制下，超聲波溫度計(jì)的實(shí)現(xiàn)流程為：首先，F(xiàn)PGA通過(guò)控制信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生數(shù)字正弦波信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)功率放大電路驅(qū)動(dòng)超聲波換能器E1發(fā)出超聲波信號(hào)；其次，F(xiàn)PGA通過(guò)內(nèi)部采集器模塊控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)換能器E2接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行高速采樣和存儲(chǔ)；最后，采集結(jié)束后，采集結(jié)束信號(hào)將發(fā)送給FPGA片上的NIOS II處理器，由處理器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理得到超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間，再根據(jù)溫度與波速的關(guān)系模型計(jì)算出當(dāng)前溫度值，并實(shí)時(shí)顯示于IXD上，同時(shí)可通過(guò)RS-232將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FPGA的高精度超聲波溫度計(jì)，其組成包括:溫度計(jì)、FPGA控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，其特征是:所述的溫度計(jì)連接兩個(gè)超聲波換能器，所述的兩個(gè)超聲波換能器一個(gè)為輸入換能器E1，一個(gè)為輸出換能器E2，所述的輸出換能器E2連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路連接FPGA控制電路，所述的FPGA控制電路連接D/A轉(zhuǎn)換電路，所述的D/A轉(zhuǎn)換電路與輸入換能器E1連接，所述的FPGA控制電路內(nèi)部具有控制器、信號(hào)采集器、N1S II處理器和信號(hào)發(fā)生器；所述的A/D轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸出換能器E2的放大電路，所述的放大電路又與濾波電路連接，所述的濾波電路再與A/D轉(zhuǎn)換器連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA控制電路連接；所述的D/A轉(zhuǎn)換電路包括連接于輸入換能器E1的濾波放大電路，所述的濾波放大電路與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述的D/A轉(zhuǎn)換器連接于FPGA控制電路；所述的FPGA控制電路的外圍還連接有控制鍵盤、輸出顯示器、RS-232通訊接口和遠(yuǎn)程控制接口。
【專利摘要】<b>一種基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超聲波溫度計(jì)。傳統(tǒng)的測(cè)量場(chǎng)合，不能應(yīng)用于許多高科技領(lǐng)域。一種基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超聲波溫度計(jì)，其組成包括：溫度計(jì)、</b><b>FPGA</b><b>控制電路、</b><b>A/D</b><b>轉(zhuǎn)換電路和</b><b>D/A</b><b>轉(zhuǎn)換電路，所述的溫度計(jì)（</b><b>9</b><b>）連接兩個(gè)超聲波換能器，所述的兩個(gè)超聲波換能器一個(gè)為輸入換能器</b><b>E1</b><b>（</b><b>16</b><b>），一個(gè)為輸出換能器</b><b>E2(10)</b><b>，所述的輸出換能器</b><b>E2</b><b>連接</b><b>A/D</b><b>轉(zhuǎn)換電路，所述的</b><b>A/D</b><b>轉(zhuǎn)換電路連接</b><b>FPGA</b><b>控制電路，所述的</b><b>FPGA</b><b>控制電路連接</b><b>D/A</b><b>轉(zhuǎn)換電路，所述的</b><b>D/A</b><b>轉(zhuǎn)換電路與輸入換能器</b><b>E1</b><b>連接。本實(shí)用新型應(yīng)用于基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超聲波溫度計(jì)。</b>
【IPC分類】G01K11/22
【公開(kāi)號(hào)】CN205066963
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520740786
【發(fā)明人】陳國(guó)民, 郭殿林, 張東青
【申請(qǐng)人】黑龍江科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日