一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是应用在过程控制领域，具体地涉及一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统。
【背景技术】
[0002]随着工业中科学技术的发展，电容传感器在工业过程控制中应用广泛，通过测量电容值或改变情况可以获得所需的其他物理量，如介电常数、含水率、位移等。边缘电场(Fringing Electric Field,简称FEF)传感器属于电容式传感器，但它不同于普通的平行极板电容传感器，边缘电场传感器的电极处于同一平面内，由于具有单边穿透、信号强度可调以及层析成像等独特的优势，越来越多地用于样本物理特性的非接触测量。
[0003]麻省理工学院最早对FEF传感器的应用进行研究，研制了用于测量变压器油中含水量的测试系统，使用信号发生器产生扫频正弦驱动信号，制作信号调理电路对传感器输出交流信号进行缓冲放大，并使用上位机对传感器输出交流电压信号的幅值和相位计算得到传感器极间电容和电导，通过传感器极间电容和电导的变化确定样本的特性。新西兰的Massey大学使用FEF传感器海产品中有毒化学物质进行了测量，由信号发生器提供驱动信号，使用模拟电路将传感器输出的交流信号转换为直流信号，利用单片机测量其幅度值，并通过标准样本建立直流电压与样本特性之间的关系。华盛顿大学使用FEF传感器对造纸过程中纸浆含水量进行测量，采用阻抗分析仪分析传感器输出信号。
[0004]近年来，FEF传感器也吸引了越来越多国内学者的注意力。西南交通大学研究了FEF传感器在材料损伤探测中的应用，制作4种波长的传感器，使用LCR仪对样本进行测量实验。西安电子科技大学将FEF传感器应用于车辆雨刷自动控制系统中，使用阻抗分析仪测量传感器的电容值，实现外界雨量进行测量，哈尔滨理工大学利用FEF传感器的便携式围护结构含水率测量系统，基于充放
电原理设计测量电路，但是由于采用直流放大，会存在较大漂移，并且电路中的CMOS开关所固有的寄生电容会影响测量精度。市售阻抗分析仪虽然中高频精度高，抗干扰能力好，但其价格高昂，使用不便，且低频测量效果也不尽人意。
【发明内容】
[0005]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，本发明具有抗干扰强、低频测量精度高的优越特点。
[0006]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0007]本发明一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其中包括驱动电路、信号调理电路、采样电路、人机接口电路；其结构要点是:28335eZdsp开发板内部设置DSP主控芯片，28335eZdsp开发板片外部设置有256k的SRAM存储、串口通讯、JTAG调试接口、SPI接口、GP10接口、SCI通讯模块、外扩存储芯片；SPI接口与ADC采样电路相连接，GP1接口与DDS芯片、继电器、按键相连接，28335eZdsp开发板外部还设置有电源电路来提供+5V直流电；DDS芯片同时与驱动电路、传感器、信号调理电路、ADC采样电路顺次电连接；最后ADC采样电路再把采得的数字信号传送回28335eZdsp开发板上的DSP主控芯片。
[0008]作为本发明的一种优选方案，所述的28335eZdsp开发板集成了 TMS320F28335DSP的最小系统、片外256k的SRAM存储、DSP作为主控芯片进行系统的运算和控制，该芯片是32位实时CPU、支持浮点运算、片上资源丰富串口通讯、JTAG调试接口。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述的DSP芯片设置有SPI接口、GP10接口、夕卜部并行总线接口，及开发板SCI通讯模块、JTAG通讯模块、外扩存储芯片。
[0010]作为本发明的又一种优选方案，所述的驱动电路，是采用DSP控制DDS产生可调频率的正弦波驱动信号；通过三个GP10 口模拟的SPI接口实现对DDS芯片输出信号的波形、频率、相位控制。
[0011]另外，所述电源电路是采用能够产生双极性正弦波的双电源运算放大器，来提供士5V的供电电压；整个测量系统使用±12V开关电源供电，由线性稳压芯片转换为士5V模拟电源，+2.5V的ADC参考电压，+3.3V、-5V数字电源。
[0012]本发明的有益效果是。
[0013]本发明采用基于eZdsp的边缘电场传感器，利用其具有单边穿透、信号强度可调及层析成像等优点；本发明包括调理电路、驱动电路、数据同步采集、
电源管理、人机接口五大硬件模块实现了驱动信号产生、传感器信号同步采集和预处理、扫频测量等功能。
【附图说明】
[0014]图1是本发明一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统的测量系统结构框图。
[0015]图2是本发明一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统的电源电路框图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，为本发明一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统的测量系统结构框图。图中包括驱动电路、信号调理电路、采样电路、人机接口电路；28335eZdsp开发板内部设置DSP主控芯片，28335eZdsp开发板片外部设置有256k的SRAM存储、串口通讯、JTAG调试接口、SPI接口、GP10接口、SCI通讯模块、外扩存储芯片；SPI接口与ADC采样电路相连接，GP1接口与DDS芯片、继电器、按键相连接，28335eZdsp开发板外部还设置有电源电路来提供+5V直流电；DDS芯片同时与驱动电路、传感器、信号调理电路、ADC采样电路顺次电连接；最后ADC采样电路再把采得的数字信号传送回28335eZdsp开发板上的DSP主控芯片。
[0017]如图2所示实施例中，为本发明一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统的电源电路框图。所述电源电路是采用能够产生双极性正弦波的双电源运算放大器，来提供±5V的供电电压；整个测量系统使用±12V开关电源供电，由线性稳压芯片转换为士5V模拟电源，+2.5V的ADC参考电压，+3.3V、-5V数字电源。
【主权项】
1.一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其中包括驱动电路、信号调理电路、采样电路、人机接口电路；其特征在于:28335eZdsp开发板内部设置DSP主控芯片，28335eZdsp开发板片外部设置有256k的SRAM存储、串口通讯、JTAG调试接口、SPI接口、GP1接口、SCI通讯模块、外扩存储芯片；SPI接口与ADC采样电路相连接，GP1接口与DDS芯片、继电器、按键相连接，28335eZdsp开发板外部还设置有电源电路来提供+5V直流电；DDS芯片同时与驱动电路、传感器、信号调理电路、ADC采样电路顺次电连接；最后ADC采样电路再把采得的数字信号传送回28335eZdsp开发板上的DSP主控芯片。2.根据权利要求1所述的一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其特征在于:所述的28335eZdsp开发板集成了 TMS320F28335 DSP的最小系统、片外256k的SRAM存储、DSP作为主控芯片进行系统的运算和控制，该芯片是32位实时CPU、支持浮点运算、片上资源丰富串口通讯、JTAG调试接口。3.根据权利要求2所述的一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其特征在于:所述的DSP芯片设置有SPI接口、GP1接口、外部并行总线接口，及开发板SCI通讯模块、JTAG通讯模块、外扩存储芯片。4.根据权利要求1所述的一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其特征在于:所述的驱动电路，是采用DSP控制DDS产生可调频率的正弦波驱动信号；通过三个GP1口模拟的SPI接口实现对DDS芯片输出信号的波形、频率、相位控制。5.根据权利要求1所述的一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统，其特征在于:所述电源电路是采用能够产生双极性正弦波的双电源运算放大器，来提供±5V的供电电压；整个测量系统使用±12V开关电源供电，由线性稳压芯片转换为±5V模拟电源，+2.5V的ADC参考电压，+3.3V、-5V数字电源。
【专利摘要】一种基于eZdsp的边缘电场传感器测量系统。本发明实现了驱动信号产生、传感器信号同步采集和预处理、扫频测量等功能；其包括驱动电路、信号调理电路、采样电路、人机接口电路；其结构要点是：28335eZdsp开发板内部设置DSP主控芯片，28335eZdsp开发板片外部设置有256k的SRAM存储、串口通讯、JTAG调试接口、SPI接口、GPIO接口、SCI通讯模块、外扩存储芯片；SPI接口与ADC采样电路相连接，GPIO接口与DDS芯片、继电器、按键相连接，28335eZdsp开发板外部还设置有电源电路来提供+5V直流电；DDS芯片同时与驱动电路、传感器、信号调理电路、ADC采样电路顺次电连接；最后ADC采样电路再把采得的数字信号传送回28335eZdsp开发板上的DSP主控芯片。
【IPC分类】G01D5/24
【公开号】CN105424066
【申请号】CN201410475806
【发明人】陶建臣, 吕芝红
【申请人】陶建臣
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2014年9月17日