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摘要：為了增強(qiáng)激光粒度儀的數(shù)據(jù)處理能力和減小儀器體積，本文介紹了一種基于DSP和ARM的激光粒度儀關(guān)鍵電路的嵌入式方案。主要闡述了硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集電路、DSP運(yùn)算電路、ARM顯示電路的設(shè)計(jì)。最后給出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，證明此方案比原來的P4臺(tái)式機(jī)運(yùn)算快lOs，并且實(shí)現(xiàn)無(wú)需外接臺(tái)式機(jī)，減小了儀器體積。
關(guān)鍵詞：DSP；ARM；激光粒度儀
O 引言
激光粒度儀是一種最先進(jìn)的、最具有廣泛發(fā)展前景的粒度測(cè)量?jī)x器，它的測(cè)量原理基于米氏(Mie)散射理論。Mie散射理論是一個(gè)經(jīng)典的光散射理論，它最大的特點(diǎn)是可用于任何尺寸段顆粒的測(cè)量，但它的計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜限制了數(shù)據(jù)處理速度及精度。
DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)MIE散射算法有很多優(yōu)點(diǎn)：它是專為算法計(jì)算而設(shè)計(jì)的專用CPU，所以它運(yùn)算速度很快；與通用CPU相比它成本低，所以有很好的性價(jià)比；而且它的體積小，能實(shí)現(xiàn)儀器一體化等等優(yōu)點(diǎn)。ARM具有豐富的片上資源，適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)的運(yùn)行、任務(wù)管理和協(xié)調(diào)以及DSP的控制任務(wù)，外部可擴(kuò)展多種外設(shè)，如通用串口、LCD顯示屏、以太網(wǎng)接口。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理
1．1 激光粒度儀工作原理
激光粒度儀的組成框圖如圖1所示
激光粒度儀中的光電探測(cè)器采集顆粒在一定角度范圍內(nèi)的散射光來得到顆粒的粒徑分布信息。由于光電探測(cè)器處在傅里葉透鏡的焦平面上，因此探測(cè)器上的任一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)某一確定的散射角。光電探測(cè)器陣列由一系列同心環(huán)帶組成，每一環(huán)帶是一個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器，能將投射到上面的散射光能線性地轉(zhuǎn)換成電壓，然后送給采集卡。該卡將電信號(hào)放大，再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，按事先編制的程序根據(jù)米氏散射理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把散射譜的空間分布反演為顆粒大小的分布。
1．2 電路系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
激光粒度儀電路總體框圖如圖2所示。采集電路采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串口傳輸給DSP，經(jīng)過DSP的運(yùn)算后，再把DSP處理后得到的結(jié)果數(shù)據(jù)RS232經(jīng)過串口傳輸給ARM處理器，在ARM處理器的觸摸屏界面上顯示結(jié)果。
2 電路系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案
2．1 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)
粒度儀的光電探測(cè)器是用光電池做成多元環(huán)形，多元環(huán)形光電探測(cè)器接收散射光的光能量，環(huán)形光電池把光能量轉(zhuǎn)換為光電流。然后經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換器，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。再經(jīng)過放大電路放大，然后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后把數(shù)字信號(hào)輸入到C805lF320單片機(jī)，單片機(jī)然后再傳給DSP進(jìn)行處理，如圖3所示。
