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香梨聲振響應信號采集處理電路板系統的硬件設計

來源:華盛論文網 發表時間:2019-02-16 09:58 隸屬于:科技論文 瀏覽次數:

摘要国产富二代app下载 院由于低壓供電的脈沖發生模塊發出的脈沖信號電壓微弱,需要與供電低壓模塊一體化的電壓放大模塊對低壓供電模塊發出的電壓進行運放,使壓電梁式傳感器懸臂梁產生較大的變形激

  摘要院由于低壓供電的脈沖發生模塊發出的脈沖信號電壓微弱,需要與供電低壓模塊一體化的電壓放大模塊對低壓供電模塊發出的電壓進行運放,使壓電梁式傳感器懸臂梁產生較大的變形激勵香梨。本研究對香梨聲振信號采集處理電路板系統的電壓放大模塊、信號調理模塊、電源模塊以及數據顯示和存儲模塊進行設計,以實現香梨激勵信號的發生、采集、處理。

  關鍵詞院電路板;集成電路;信號采集

国产富二代app下载   1香梨聲振信號采集處理電路板的架構TMS320F28335核心板通過脈沖寬度調節器(PWM)發出2.5V的脈沖(脈寬10ms),經高壓線性放大器運放輸入壓電梁式傳感器使激勵端懸臂梁變形并激勵香梨,香梨受迫振動,壓電梁式傳感器感測端懸臂梁變形產生相應的電信號,這一響應信號經比例變換、低通和高通濾波后由TMS320F28335核心板采集,核心板同步采集激勵脈沖和KS103S測距傳感器的信號,然后計算出香梨堅實度,最終由數據顯示模塊的液晶顯示屏(LCD)輸出顯示。香梨聲振響應信號采集處理電路板各模塊的布局,圍繞TMS320F28335核心板有數據接口模塊、低壓供電脈沖發生模塊、通信接口模塊、數據存儲模塊和數據顯示等模塊,其中數據接口模塊、低壓供電脈沖發生模塊、通信接口模塊、總線驅動模塊為核心板自帶模塊,其余模塊進行設計以滿足香梨聲振信號激勵的需要。

  推薦期刊:《中國集成電路》(月刊)創刊于1992年,是由中國信息產業部主管,中國半導體行業協會/集成電路設計分會主辦的全國性專業電子刊物。自創刊以來,一直致力于IC市場應用分析,介紹先進的IC設計、制造、封裝工藝和技術以及先進的組織形式和管理經驗。在業界形成了一定影響和良好口碑,并隨中國集成電路產業一同成長。

国产富二代app下载   1.1香梨聲振信號采集處理電路板主要模塊的設計

国产富二代app下载   1.1.1電源模塊的設計

国产富二代app下载   傳統的電源模塊采用單列直插(SIP)封裝,其開放框架的解決方案減少了設計復雜性,但其封裝元件使用低頻率設計(約300kHz)的標準封裝的組件,其功率密度不恒定而使其空間受限。在電源模塊設計中采用開關電壓調節器,可獲得更高的功率密度,因而使得電源模塊的占用空間變小。因此,本研究在香梨聲振信號采集處理電路板中采用LM2596開關電壓調節器,可獲得更高功率密度,使電源模塊占用空間變小。

  該器件內部集成頻率補償和固定頻率發生器,開關頻率為150kHz,與低頻開關調節器相比較,可以使用更小規格的濾波元件。由于該器件只需4個外接元件,可以使用通用的標準電感,極大地簡化了開關電源電路的設計。其封裝形式包括標準的5腳TO-220封裝(DIP)和5腳TO-263表貼封裝(SMD)。該器件在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下,輸出電壓誤差依4%,振蕩頻率誤差依15%,可以用80滋A的很小的待機電流實現外部斷電,并有一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路。

国产富二代app下载   1.1.2電壓放大模塊的設計

  本研究采用PA78DK型運算放大器(美國ApexMicrotechnology公司),可開啟壓電裝置,驅動壓電梁式傳感器。PA78DK型運算放大器的放大范圍為20~80倍,由于放大倍數與失真率成正比,因此選取放大倍數為20,則當輸入的電壓脈沖2.5V時,輸出電壓放大為2.5伊20=50V作為激勵高壓,可滿足香梨聲振信號激勵的要求。

  本研究通過電阻Rin對PA78DK型運算放大器高壓線性放大電路的輸入級進行動態偏置,電流消耗降至很小,在不超過1mA就可使壓擺率下降至350V/滋s以上,從而使電壓經線性放大后失真率得到有效降低。此外,本研究采用Rm和Rci兩個電阻對放大電路的輸出級進行相位補償,以提高了運放的穩定性,使高壓激勵信號較穩定,保障了檢測裝置的感測元件可獲取較為穩定的聲振響應信號。

  1.1.3信號調理模塊的設計

国产富二代app下载   由于聲振響應信號采集處理電路核心板內部芯片的額定電壓為3.3V,若將壓電梁式傳感器采集的40V高壓信號直接接入,會致其無法工作甚至損壞。本研究采用轉換比例為0.5的比例變換電路,將聲振響應信號電壓幅值變換為40伊0.5=20V,然后再經二階有源濾波電路處理,這一信號電壓整體降至3.3V以下,可滿足TMS320F28335核心板0~3.3V范圍電壓的工作條件。

国产富二代app下载   1.1.4數據顯示模塊的設計

  采用數據顯示模塊對香梨聲振響應處理分析的結果輸出顯示,這一模塊由液晶顯示屏(LCD)、74LVXC22451單片機組成,如圖1所示。74LVXC22451單片機高集成度,具有體積小、高可靠性、控制功能強、低電壓、低功耗的特點,其片內具有計算機正常運行所必需的部件,易擴展。該單片機低位輸入接口與TMS320F28335核心板相連,高位輸出接口與LCD相連,其低位電壓輸入和高位電壓輸出都設計有過載保護。

  1.1.5數據存儲模塊的設計

  數據存儲模塊主要實現數據實時可靠的存儲,由文件管理控制芯片CH376S、MINSD數據輸出芯片和MINUSB數據輸出芯片組成。其中,文件管理控制芯片CH376S內置了USB通訊協議、處理海量存儲設備的專用通訊協議和SD卡的通訊接口,可支持常用的USB存儲設備和SD卡。CH376芯片支持2MB速度8位并口、2MB/24MHz速度SPI接口或者3Mbps異步串口,使其檢測的實時數據快速通行。

圖1

  2香梨聲振信號采集處理電路板的調試

  香梨聲振響應信號采集處理電路板與示波器連接,2.5V尖波脈沖經PA78DK型運算放大器線性放大至49.7V,與理想的50V電壓相比,電壓僅衰減了0.3V,其偏差為6譯,說明放大電路達到了設計要求。放大后的49.7V電壓激勵香梨,經香梨傳遞后衰減至31.8V,然后經聲振信號調理電路的比例變化和二階有源濾波輸出為1.29V的電壓,低于TMS320F28335核心板內部芯片的3.3V額定電壓,滿足核心板內部芯片工作電壓要求。

  3總結

  本文以TMS320F28335電路板為核心研制了香梨聲振響應信號采集處理電路板,電路板主要由電源模塊、PA78DK型電壓放大模塊、信號調理模塊、數據存儲模塊和數據顯示模塊組成。經調試分析,2.5V尖波脈沖經電壓放大模塊線性放大至49.7V激勵香梨,經香梨傳遞后衰減至31.8V,然后經聲振信號調理電路的比例變化和二階有源濾波輸出為1.29V的電壓,達到了電路板的工作要求。

  參考文獻院

  [1]王志鵬.香梨聲振特性分析及內部品質的無損檢測研究[D].石河子大學,2016.

国产富二代app下载   [2]王志鵬,吳杰,趙正強,張宏文,梅衛江.基于聲振響應法的香梨硬度無損檢測[J].農業工程學報,2016(04).

国产富二代app下载   [3]高永茂,吳杰,徐虎博,趙正強,王志鵬.庫爾勒香梨振動信號調理電路的設計與驗證[J].石河子大學學報(自然科學版),2015(04).

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聲明:《香梨聲振響應信號采集處理電路板系統的硬件設計》

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