超声多普勒流速测量中存储容量的压缩方法.docx

1、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；用期；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)02-0038-02AmethodtocompactmemorycapacityinthevelocitymeasurementofultrasonicDopplerHUANGZhi-xiong(InformaiionEngineeri

2、ngCollegeqfCenlralSouthUnwenity,Hunan-Changsha410075,China)Abstract：Hiispaperpresentsadataprocessingmethod,namelythelinearaddressmapping,inthevelocitymeasurementofultrasonicDopplerbyasingle-chipcomputer.Tliesampleddataisanalysedonthebasisofeffectivecompactnesstoamemorycapacity.Tliesoftwareproducesth

3、econtrolledtimelagtoensuretheaccuracyofmeasurement.Keywords:Measurement;UltrasonicDoppler;Frequency:Period;Single-chipcomputer;Memorycapacity1前言1前言算处理，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。图1一1测频方法示意图WlJ输出计数器I时钟源被测信号（中»««!>计散中断用超声多普勒方法测量流速时，多普勒频率fD与流速成正比。fD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

4、，每相邻两脉冲之间的宽度,即周期7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M则被测信号的周期T=N/,频率0=1/7。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J1_TL_被测信号周期J1HLL己知频率信号2基于单片机系统的频率参数测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:定时器岛工作在计数方式,定时器A工作在定时方式，T,可向外部发固定频率的脉冲（时标），7。对时标进行计数。被测脉冲信号产

5、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r0的计数值读入数据存储器，数据转移完成后，使7。复位，重新计数，开始新的周期测量，其测量原理如图21所示。llljl山1山1111巾|11T.T,_：TtT,t证信号的测量精度,需要对大量的计数值M进行计敷话读入敬荷读入IkWit入收稿日期:2002021作看简介：黄挚雄（I960-）,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。图21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、流速概率分布等水力学特性,单片机通常的处理方法是把每一

6、个测出的周期值T,按其时间先后顺序存入存储器中。这样,测出的每一个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£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/=10kHz,则1s平均约需存储容量10KB,108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7；中，有相当多的7；是相同的，如果我们把相同的7；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,按式（3-1）转换为单元地址值，并将其内容加1,表示已有1个该7；值

7、。最后该单元的内容N就表示一次测量中共有M个相同的7；值出现。存储地址=起始地址+A7；（31）式中起始地址一对应于T.=0的存储单元地址,根据所选单片机型号任意设定。k变换比，表示出现R值的个数N,用&个字节来存放。k=l,表示T,对应的M值用一个字节存放。k=2,表示7；对应的M值用二个字节存放。这样：存储容量M=存储地址最大值-起始地址值="皿（32）因此,使用线性地址变换时，存储容量由测量的最大周期Tig所决定。当采用计数方式测R值时，若计数时标周期为匕,则计数器测得的T,值实际上是7；所包含的A个数。这样，存储容量可改写为：存储容量M=Timax/tc（设S1）（3

8、3）若规定测量的J=10ms,当设置I。=4俸时，M=2.5KB;若要进一步压缩存储容量,可增大L，如当=8四时，M5.25KB,从而可满足有限存储容量的要求。单片机进行线性地址变换时，用定时器计数方法测量每一个E值,然后用中断服务子程序按式（31）进行地址变换，把T,值转换为地址单元号，并使该单元内容加lo如把一次采样规定为测几个&值,则当把几个T,采样完后，在存储器从起始地址开始的单元内就直接存放了如图1所示的反映被测点流速脉动情况的周期概率分布曲线。图中：N,为一次采样的n个脉冲周期中出现周期为T,的次数,%为Ni中的最大值,么皿为对应的周期值。图31存储器中周期概率分布曲线图根

9、据测得的存储数据，可计算出瞬时最大流速V皿和瞬时最小流速Um，同时按下式计算平均流速V和脉动流速强度C“其中：K为流速系数，亍=务乌。上述数据处理方法既保证水力学特性所要求的数据信息量又节约了存储空间，较真实地反映了采样期间流速的变化情况。4存储容的压缩与测精度的保证上述数据处理方法虽然可用增大时标L来压缩存储容量，但另一方面则可能使测试的相对误差增大，其最大相对误差Az出现在测量区间的低端X时：=（41）imin因此，考虑到测试误差，将式（4-1）代入式（33）,则存储容量可用式（4一2）表示：存储容量史己芝（42）式（4一2）表明，当考虑到测试误差时，要压缩存储容量就要压缩测量区间。若测量

10、范围定为50*10ms,则测量区间计算值为：春4祟业=200了心50fjs-如设定gxWO.Ol,则Af20KBo因此，为了将存储容量压缩到2KB左右，又使其皿wO.Ol,则应压缩测量区间到20以下。（下转第42页）根据模型计算.需要吹叔吗？禁止吹灰剧投运<搏吹冬器运行结束？2#吹&器投运kN,Ww<电机、温度、用力正常？TT/_、N吹灰*河斯位？>»|处理温度、祀力/常？吹灰群投入蜃选择<手*?单机就地远方快作I#吹火器投运WW电机、独度、压力正常？Tnr2*吹灰器遥行结束？,<所有吹冬尊运行结束？-4、N图3-2吹灰控制流程图换热面污垢监测结

11、果证实应该吹灰。当开关位置放到手动时，可对单台吹灰器遥控操作或就地控制。当吹灰管路压力正常，疏水端温度高于设定值时，将开关设置到自动位置，此时，按照上文提出的最佳吹灰周期的数学模型，在可编程序控制器中编制计算程序，如果程序判断出应该进行吹灰操作，则自动启动吹灰器动作。当初始状态管路蒸汽压力偏低或者疏水端温度偏低，以及吹灰器没有处在初始位置时，吹灰器不管手动或自动都不能使吹灰器投运。图3-2为吹灰控制流程图。在自动状态下，开始吹灰条件和结束吹灰条件的产生均来自模型的计算。4绪企文中提出的空气预热器最佳吹灰周期模型适用于任何形式，在任何工况下工作的空气预热器，模型基于实时采集的数据，除吹灰特性外，

12、没有其它假设,因此模型所用参数可以准确测量。最佳吹灰过程的实现依赖基于PLC的计算机过程控制系统，对于具有上位机的分布式计算机过程控制系统（如DCS等）实现上更为经济、简便。（下转第37页）Y>»»»>><AY>»>m>»»XAXE>»>r»g|A>»»>n<AY>n»>r>g|>»>»A:（上接第39页）图4一1软件流程图为此，把整个测量范围分成若干个区间，每个区

13、间以不同的时标进行测试，就可满足gWO.Ol,存储容量23KB的要求。当然，上述定标是由软件完成的，采用的方法是先用较大的时标测量一次（称为粗测），然后从概率分布曲线上找到，所对应的叫皿值，与区间定标界限系数相比较，视其所在区间确定定时器T的时间常数，输出相应的时标脉冲。自动定标后，以新的时标重新进行测量（称为精测），精测得到的周期概率分布曲线才作为计算各种参数的依据。关于数据采集的软件流程如图4一1所示。5结束语随着单片机主频的不断提高，DSP技术的广泛应用，为超声多普勒频率参数的高精度测量创造了有利条件。文中提出的存储容量压缩方法，旨在提供一条解决精度与数据存储量问题的新途径，特别对于超声多普勒流