超声多普勒流速测量中存储容量的压缩方法.pdfVIP

收稿日期： 2002-03-01 作者简介：黄挚雄（ 1960- ），男，广西人，副教授，主要从事电气自 动化专业的教学及电力电子技术、智能检测、自动控制工程的设计与 研究。 超声多普勒流速测量中存储容量的压缩方法 黄挚雄 （中南大学信息工程学院，湖南长沙 410075 ） ［摘 要］ 介绍了多普勒频率单片机测量时的数据处理方法，即线性地址变换法。在存储容 量有效压缩的基础上，进一步分析了采样数据，用软件实现可控时标，保证了测量精度。 ［关键词］ 测量；超声多普勒；频率；周期；单片机；存储容量 ［中图分类号］ TP274 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1000-0682 （ 2003 ） 02-0038-02 A method to compact memory capacity in the Velocity measurement of ultrasonic Doppler HUANG Zhi xiong （ Information Engineering College of Central South Uniuersity ， Hunan-Changsha 410075 ， China ） Abstract ： This paper presents a data processing method ， nameiy the iinear address mapping ， in the veioci- ty measurement of uitrasonic Doppier by a singie-chip computer . The sampied data is anaiysed on the basis of effective compactness to a memory capacity . The software produces the controiied time iag to ensure the accura- cy of measurement . Key words ： Measurement ； Uitrasonic Doppier ； Freguency ； Period ； Singie-chip computer ； Memory capacity 1 前言 用超声多普勒方法测量流速时，多普勒频率 f D 与流速成正比。 f D 实际上是一个反映被测点瞬时流 速变化情况的矩形脉冲串，每相邻两脉冲之间的宽 度，即周期 T 代表了该被测点水流的瞬时速度。为 了对脉冲信号的频率（或周期）进行精确测量，采用的 方法是被测信号作为闸门信号，而用一个标准频率信 号作为填充脉冲，在闸门周期内对标准频率信号计 数，如图 1 — 1 所示。设计数器的值为 N ，则被测信号 的周期 T = N / f c ，频率 f D = 1 / T 。在以单片机为核心 的流速测控系统中，为了得到相关的水力学参数及保 图 1 — 1 测频方法示意图 证信号的测量精度，需要对大量的计数值 N i 进行计 算处理，这样势必占用较多的存储单元，如何压缩数 据存储量，也就是该文要解决的主要问题。 2 基于单片机系统的频率参数测量 当采用单片机微处理器测量信号频率（周期） 时，笔者是这样设计的：定时器 T 0 工作在计数方式， 定时器 T 1 工作在定时方式， T 1 可向外部发固定频 率的脉冲（时标）， T 0 对时标进行计数。被测脉冲信 号产生一个外部中断控制信号，向 CPU 发出一个中 断请求， CPU 响应中断，在中断服务程序中把 T 0 的 计数值读入数据存储器，数据转移完成后，使 T 0 复 位，重新计数，开始新的周期测量，其测量原理如图 2 — 1 所示。 图 2 — 1 周期测量原理图 3 线性地址变换 为了准确地测出时均流速、脉动流速强度、流速 · 83 · 工业仪表与自动化装置 2003 年第 2 期 概率分布等水力学特性，单片机通常的处理方法是把 每一个测出的周期值 T i 按其时间先后顺序存入存储 器中。这样，测出的每一个 T i 无论是否相同都要用 一个单元来存放，且随着被测信号的平均频率和测量 时间 t 的增长，所需要的存储容量就会增加，即 存储容量 M = f · t 如被测信号平均频率 f = 10IHZ ，则 1 S 平均约 需存储容量 10 KB ， 10 S 平均约需存储容量 100KB ， 显然，单片机片内 RAM 是不能满足要求的，即使扩 充外存，也不宜太大，会有一定的限制。 但实际上，所测出的 T i 中，有相当多的 T i 是相 同的，如果我们把相同的 T i 值用一个单元来存放， 则可大大压缩存储容量。为此，可采用线性变换的 方法，把每个 T i 按式（ 3 — 1 ）