[实用新型]一种基于FPGA的气体流量检测电路

说明书

本实用新型公开了一种基于FPGA的气体流量检测电路，它包括FPGA处理单元、第一超声波探头S1、第二超声波探头S2、第一超声波发射驱动单元第二超声波发射驱动单元、第一超声波接收单元和第二超声波接收单元；第一超声波发射驱动单元的输入端与CPU核的输出口相连，第一超声波发射驱动单元的输出端与第一超声波探头S1相连；第一超声波探头S1还与第一超声波接收单元的输入口相连，第一超声波接收单元的输出端与CPU核的输入口相连，第一超声波接收单元的信号接收开启端与CPU核的输出口相连；第一计数器T0的计数使能端EN0与CPU核的输出口相连。本实用新型设计简单、控制灵活、测量精度高并且调试难度低的优点。

技术领域

本实用新型涉及一种气体流量检测电路，具体是一种以FPGA为中央处理器的气体流量检测电路，属于传感与检测技术领域。

背景技术

气体流量检测装置和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计；气体流量检测装置通常以“时差法”为原理实现测量：利用超声波信号在流体中顺流传播时间和逆流传播时间之差来求取流速，进而求得流量。因此在具体电路设计时通常需要设置两个超声波探头，一个置于测量管道的上游一个置于下游，利用硬件电路控制量个超声波探头“对射”：超声波信号从上游探头发出，下游探头接收，通过硬件电路中的计时单元(如单片机的定时计数器)测量此超声波从上游传播到下游的时间，也即是超声波顺流传播时间；同理，下游探头发射，上游探头接收，测量逆流传播时间，根据顺流传播时间和逆流传播时间的时间差即可根据流体力学原理求出流体速度，进而求出流量。

总而言之，超声波流量计测量流量的关键在于：利用硬件电路控制超声波探头发射超声波信号，并开始计时，在对方超声波接收到超声波信号后立即控制计时单元停止计时以获得准确的传播时间。这就需要硬件电路处理器控制灵活，并且具有高速定时计数单元以提高测量的精度和稳定性。目前主流的超声波流量测量所采用的硬件结构包括：单片机和FPGA两种。

以单片机为核心进行测量，由于单片机在逻辑运算、智能控制方面，具有较好的特性，因此系统软硬件设计都较简单，调试容易，但是由于单片机工作可靠性低，某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果，因此系统测量稳定性不高，并且单片机内部的定时计数单元与FPGA这种纯数字集成电路中的计数单元相比计数速度较慢，这将闲置系统测量精度的提高。采用FPGA为控制核心实现测量的系统虽然因为调用了高速计数单元从而使得测量精度高，并且系统工作稳定性高，但是FPGA在智能控制方面不够灵活，这就导致FPGA内部逻辑设计复杂度高。

现有计数中还存在一种采用FPGA和单片机两种处理器共用的设计，单片机完成智能控制，FPGA完成高速计数，但是由于使用两块处理器使得系统设计复杂，加之两块处理器负责不同的控制与测量任务，因此它们之间需要实现良好的数据传递与配合，调试难度增加，并且这种设计也没有充分利用FPGA强大的逻辑功能。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是：提供一种电路设计简单、控制灵活、测量精度高并且调试难度低的基于FPGA气体流量监测电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案。

一种基于FPGA的气体流量检测电路，其特征在于：它包括FPGA处理单元、第一超声波探头S1、第二超声波探头S2、第一超声波发射驱动单元第二超声波发射驱动单元、第一超声波接收单元和第二超声波接收单元；

所述FPGA处理单元主要由CPU核、随机存储器RAM、只读存储器ROM、第一计数器T0和第二计数器T1组成；所述第一计数器T0具有计数使能端EN0；所述第二计数器T1具有计数使能端EN1；

所述第一超声波探头S1和第二超声波探头S2均为收发一体式超声波探头；