基于fpga的高精度超声波温度计的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域：
[0002]本实用新型涉及一种基于FPGA的高精度超声波温度计。
[0003]【背景技术】：
[0004]传统的温度传感器有热电偶、热电阻及热敏电阻温度计等，他们的技术已经成熟，但是只能应用在传统的测量场合，不能应用于许多高科技领域。
[0005]
【发明内容】
：
[0006]本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的高精度超声波温度计。
[0007]上述的目的通过以下的技术方案实现：
[0008]1. —种基于FPGA的高精度超声波温度计，其组成包括：温度计、FPGA控制电路、A/D转换电路和D/A转换电路，所述的温度计连接两个超声波换能器，所述的两个超声波换能器一个为输入换能器E1，一个为输出换能器E2,所述的输出换能器E2连接A/D转换电路，所述的A/D转换电路连接FPGA控制电路，所述的FPGA控制电路连接D/A转换电路，所述的D/A转换电路与输入换能器E1连接，所述的FPGA控制电路内部具有控制器、信号采集器、NIOS II处理器和信号发生器；所述的A/D转换电路包括连接于输出换能器E2的放大电路，所述的放大电路又与滤波电路连接，所述的滤波电路再与A/D转换器连接，所述的A/D转换器与FPGA控制电路连接；
[0009]所述的D/A转换电路包括连接于输入换能器E1的滤波放大电路，所述的滤波放大电路与D/A转换器连接，所述的D/A转换器连接于FPGA控制电路；
[0010]所述的FPGA控制电路的外围还连接有控制键盘、输出显示器、RS-232通讯接口和远程控制接口。
[0011]本实用新型的有益效果：
[0012]1.本实用新型的超声波温度计在FPGA上同时实现了高速信号电路控制模块、高频信号发生器模块、信号自动采集控制模块以及NIOS II软核处理器模块，解决了设计的关键性技术问题，并降低了成本，减小了体积。
[0013]本实用新型的超声波温度计通过处理器进行了特殊的软件细分插补算法来对采集的数据进行分析处理。
[0014]本实用新型的超声波温度计能够达到纳秒级超声波传播时间的测量。
[0015]本实用新型的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001摄氏度的温度测量。
[0016]【附图说明】：
[0017]附图1是本实用新型超声波温度计的结构示意图。
[0018]附图2是本实用新型超声波温度计的FPGA片上系统设计框图。
[0019]【具体实施方式】：
[0020]实施例1:
[0021]1. —种基于FPGA的高精度超声波温度计，其组成包括：温度计、FPGA控制电路、A/D转换电路和D/A转换电路，所述的温度计9连接两个超声波换能器，所述的两个超声波换能器一个为输入换能器E1 16, 一个为输出换能器E2 10,所述的输出换能器E2连接A/D转换电路，所述的A/D转换电路连接FPGA控制电路，所述的FPGA控制电路连接D/A转换电路，所述的D/A转换电路与输入换能器E1连接，所述的FPGA控制电路内部具有控制器4、信号采集器7、NI0S II处理器11和信号发生器13;所述的A/D转换电路包括连接于输出换能器E2的放大电路8,所述的放大电路又与滤波电路6连接，所述的滤波电路再与A/D转换器5连接，所述的A/D转换器与FPGA控制电路连接；所述的D/A转换电路包括连接于输入换能器E1的滤波放大电路15,所述的滤波放大电路与D/A转换器14连接，所述的D/A转换器连接于FPGA控制电路；所述的FPGA控制电路的外围还连接有控制键盘1、输出显示器2、RS-232通讯接口 12和远程控制接口 3。
[0022]实施例2:
[0023]根据实施例1所述的基于FPGA的高精度超声波温度计，所述的在FPGA的控制下，超声波温度计的实现流程为：首先，FPGA通过控制信号发生器模块产生数字正弦波信号，经D/A转换为模拟信号，再经功率放大电路驱动超声波换能器E1发出超声波信号；其次，FPGA通过内部采集器模块控制A/D转换器对换能器E2接收到的超声波信号进行高速采样和存储；最后，采集结束后，采集结束信号将发送给FPGA片上的NIOS II处理器，由处理器对采集的数据进行分析与处理得到超声波信号的传播时间，再根据温度与波速的关系模型计算出当前温度值，并实时显示于IXD上，同时可通过RS-232将测量数据传输到PC机。
【主权项】
1.一种基于FPGA的高精度超声波温度计，其组成包括:温度计、FPGA控制电路、A/D转换电路和D/A转换电路，其特征是:所述的温度计连接两个超声波换能器，所述的两个超声波换能器一个为输入换能器E1，一个为输出换能器E2，所述的输出换能器E2连接A/D转换电路，所述的A/D转换电路连接FPGA控制电路，所述的FPGA控制电路连接D/A转换电路，所述的D/A转换电路与输入换能器E1连接，所述的FPGA控制电路内部具有控制器、信号采集器、N1S II处理器和信号发生器；所述的A/D转换电路包括连接于输出换能器E2的放大电路，所述的放大电路又与滤波电路连接，所述的滤波电路再与A/D转换器连接，所述的A/D转换器与FPGA控制电路连接；所述的D/A转换电路包括连接于输入换能器E1的滤波放大电路，所述的滤波放大电路与D/A转换器连接，所述的D/A转换器连接于FPGA控制电路；所述的FPGA控制电路的外围还连接有控制键盘、输出显示器、RS-232通讯接口和远程控制接口。
【专利摘要】<b>一种基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超声波温度计。传统的测量场合，不能应用于许多高科技领域。一种基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超声波温度计，其组成包括：温度计、</b><b>FPGA</b><b>控制电路、</b><b>A/D</b><b>转换电路和</b><b>D/A</b><b>转换电路，所述的温度计（</b><b>9</b><b>）连接两个超声波换能器，所述的两个超声波换能器一个为输入换能器</b><b>E1</b><b>（</b><b>16</b><b>），一个为输出换能器</b><b>E2(10)</b><b>，所述的输出换能器</b><b>E2</b><b>连接</b><b>A/D</b><b>转换电路，所述的</b><b>A/D</b><b>转换电路连接</b><b>FPGA</b><b>控制电路，所述的</b><b>FPGA</b><b>控制电路连接</b><b>D/A</b><b>转换电路，所述的</b><b>D/A</b><b>转换电路与输入换能器</b><b>E1</b><b>连接。本实用新型应用于基于</b><b>FPGA</b><b>的高精度超声波温度计。</b>
【IPC分类】G01K11/22
【公开号】CN205066963
【申请号】CN201520740786
【发明人】陈国民, 郭殿林, 张东青
【申请人】黑龙江科技大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年9月23日