雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括：模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和FPGA芯片。其中，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù)據(jù)處理模塊都在FPGA上實現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)處理模塊采用FPGA的MICROBLAZE32位軟核實現(xiàn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)核心模塊的無縫鏈接，使液位計數(shù)據(jù)處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發(fā)揮快速、精確的測量功能。
【專利說明】雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電氣電子行業(yè)數(shù)據(jù)信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的快速發(fā)展，物料的料位參數(shù)在工業(yè)自動化控制和管理工作中變得越來越重要，諸如鋼鐵行業(yè)、化學(xué)行業(yè)、船舶航空運輸業(yè)等領(lǐng)域都需要實時測量物料的料位。通過物料料位參數(shù)的監(jiān)測可以有效地進行工業(yè)化操作和科學(xué)管理。雷達液位計屬于非接觸式測量儀表，能夠在易燃、易爆、易?車發(fā)、聞?wù)扯?、聞毒性、聞溫、聞壓、強腐蝕性等惡劣環(huán)境中完成測量任務(wù)。雷達液位計工作模 式通常有脈沖方式和調(diào)頻連續(xù)波方式，調(diào)頻連續(xù)波液位計由于其機理簡單、硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對雷達液位測量數(shù)據(jù)實時性處理的要求越來越高，目前的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不能夠滿足實時性要求。同時，由于數(shù)據(jù)處理算法的不斷改進，需要經(jīng)常對軟件系統(tǒng)進行升級，而目前硬件實現(xiàn)的液位數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并不能實現(xiàn)輕松升級，造成使用、維護成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以提高雷達液位測量數(shù)據(jù)實時性處理的水平。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括:模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200和FPGA芯片300。模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200，用于接收液位計系統(tǒng)的輸出信號經(jīng)過混頻器后生成的中頻回波數(shù)據(jù)，將該模擬形式的中頻回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的回波數(shù)據(jù)；回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊310，集成于FPGA芯片300上，與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200相連接，用于對模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200輸出的回波數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；數(shù)據(jù)緩存模塊320，集成于FPGA芯片300上，用于緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)，在FIFO隊列填滿后，產(chǎn)生中斷觸發(fā)信號，并該回波數(shù)據(jù)被讀取后，繼續(xù)緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)；以及數(shù)據(jù)處理模塊330，由集成于FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現(xiàn)，用于響應(yīng)數(shù)據(jù)緩存模塊的中斷觸發(fā)信號，讀取數(shù)據(jù)緩存模塊中的回波數(shù)據(jù)，將其存儲于該MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數(shù)據(jù)進行測距處理，并將測距處理后的結(jié)果發(fā)送出去。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有以下有益效果:
[0010](I)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù)據(jù)處理模塊都在FPGA上實現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)處理模塊采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現(xiàn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)核心模塊的無縫鏈接，使液位計數(shù)據(jù)處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發(fā)揮快速、精確的測量功能；
[0011](2)在FPGA上實現(xiàn)的數(shù)據(jù)預(yù)處理和核心處理器均是可編程的，所以便于后續(xù)的改版和升級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]【主要元件符號說明】
[0014]100-供電裝置；
[0015]200-模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；
[0016]300-FPGA 芯片；
[0017]310-數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；
[0018]311-濾波子模塊；312-編碼子模塊；
[0019]320-數(shù)據(jù)緩存模塊；
[0020]330-數(shù)據(jù)處理模塊；
[0021]331-回波數(shù)據(jù) 處理子模塊；332-處理器外圍接口協(xié)議子模塊。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本發(fā)明提供了一種基于可編程邏輯芯片(Field programmable Gate Array,簡稱FPGA)的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中核心處理器采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現(xiàn)，從而使液位計數(shù)據(jù)處理能夠滿足實時性需求。
[0024]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括:模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200和FPGA芯片300，
[0025]模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200，用于接收液位計系統(tǒng)的發(fā)射信號經(jīng)過混頻器后生成的中頻回波數(shù)據(jù)，將該模擬形式的中頻回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的回波數(shù)據(jù)；
[0026]回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊310，集成于所述FPGA芯片300上，與模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200相連接，用于對模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200輸出的回波數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；
[0027]數(shù)據(jù)緩存模塊320，集成于所述FPGA芯片300上，用于采用先進先出隊列(FirstInput First Output，簡稱FIFO)方式緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)，在FIFO隊列填滿后，產(chǎn)生中斷觸發(fā)信號，并在FIFO隊列中的數(shù)據(jù)被讀取后，繼續(xù)緩存由回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊輸出的預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)；
[0028]數(shù)據(jù)處理模塊330，由集成于所述FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現(xiàn)，用于響應(yīng)數(shù)據(jù)緩存模塊的中斷觸發(fā)信號，讀取數(shù)據(jù)緩存模塊中的回波數(shù)據(jù)，并把該回波數(shù)據(jù)存儲于MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數(shù)據(jù)進行測距處理，并將測距處理后的結(jié)果發(fā)送出去。
[0029]可見，本實施例中，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊310、數(shù)據(jù)緩存模塊320和數(shù)據(jù)處理模塊330都在FPGA上實現(xiàn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)核心模塊的無縫鏈接，此外，數(shù)據(jù)處理模塊330采用FPGA的MICROBLAZE軟核實現(xiàn)，使液位計數(shù)據(jù)處理能夠滿足實時性需求。
[0030]以下分別對本實施例雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的各個組成部分進行詳細說明。
[0031]模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200設(shè)置于FPGA芯片300外，其可以是各種的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明并不對模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊200的實現(xiàn)方式和具體型號進行限制。
[0032]回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊310集成于FPGA芯片300上。從實現(xiàn)的功能是區(qū)分，該回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊可以包括:濾波子模塊311，用于通過采用離散數(shù)字濾波處理裝置實現(xiàn)信號的低通濾波處理；以及編碼子模塊312，用于對低通濾波處理后的回波數(shù)據(jù)進行編碼，以符合后續(xù)數(shù)據(jù)處理模塊330對編碼格式的要求。其中，編碼子模塊對回波數(shù)據(jù)進行編碼的操作可以包括:抽取、合并和排序以及回波數(shù)據(jù)累加。
[0033]數(shù)據(jù)處理模塊330由集成于所述FPGA芯片上MICR0BLAZE32bit軟核實現(xiàn)。該數(shù)據(jù)處理模塊300進一步可以包括:回波數(shù)據(jù)處理子模塊331和處理器外圍接口協(xié)議子模塊332，當(dāng)MICROBLAZE軟核響應(yīng)中斷觸發(fā)信號后，回波數(shù)據(jù)處理子模塊331通過DMA方式讀取數(shù)據(jù)緩存模塊320中的回波數(shù)據(jù)，把回波數(shù)據(jù)緩存在軟核的IRAM中，然后對IRAM中的雷達回波數(shù)據(jù)進行測距處理。對回波數(shù)據(jù)處理完成后，處理器外圍接口協(xié)議子模塊332對處理結(jié)果進行串口 RS232數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，實時地把測量結(jié)果發(fā)送給終端，實現(xiàn)顯示和監(jiān)測等功倉泛。
[0034]除了上述各個功能模塊之外，本實施例雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括供電裝置100。該供電裝置100向整個系統(tǒng)供電，其輸入電壓為24伏直流電，通過直流電壓轉(zhuǎn)換為雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各部分所需要的各種電源電壓，系統(tǒng)消耗的總電源功率約為10瓦左右。優(yōu)選地，該供電裝置采用開關(guān)電源模塊實現(xiàn)電源電壓的轉(zhuǎn)換。
[0035]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有了清楚的認(rèn)識。
[0036]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換。
[0037]綜上所述，本發(fā)明提雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過將核心模塊-數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù)據(jù)處理模塊都在FPGA上實現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)處理模塊采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現(xiàn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)核心模塊的無縫鏈接，使液位計數(shù)據(jù)處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發(fā)揮快速、精確的測量功能。
[0038]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括:模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(200)和FPGA芯片(300)，其中: 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(200)，用于接收液位計系統(tǒng)的輸出信號經(jīng)過混頻器后生成的中頻回波數(shù)據(jù)，將該模擬形式的中頻回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的回波數(shù)據(jù)； 回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(310)，集成于所述FPGA芯片(300)上，與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(200)相連接，用于對所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(200)輸出的回波數(shù)據(jù)進行預(yù)處理； 數(shù)據(jù)緩存模塊(320)，集成于所述FPGA芯片(300)上，用于緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)，在被回波數(shù)據(jù)填滿后，產(chǎn)生中斷觸發(fā)信號；并在該回波數(shù)據(jù)被讀取后，繼續(xù)緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)；以及 數(shù)據(jù)處理模塊(330)，由集成于所述FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現(xiàn)，用于響應(yīng)數(shù)據(jù)緩存模塊的中斷觸發(fā)信號，讀取數(shù)據(jù)緩存模塊中的回波數(shù)據(jù)，將其存儲于該MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數(shù)據(jù)進行測距處理，并將測距處理后的結(jié)果發(fā)送出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述MICROBLAZE軟核為32bit的MICROBLAZE軟核。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊(330)包括: 回波數(shù)據(jù)處理子模塊(331)，用于響應(yīng)數(shù)據(jù)緩存模塊的中斷觸發(fā)信號，讀取所述數(shù)據(jù)緩存模塊(320)中的回波數(shù)據(jù)，把回波數(shù)據(jù)緩存在MICROBLAZE軟核的IRAM中，然后對IRAM中的雷達回波數(shù)據(jù)進行測距處理；以及 處理器外圍接口協(xié)議子模塊(332)，用于對測距處理后結(jié)果進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，實時地把測量結(jié)果發(fā)送給外界。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述回波數(shù)據(jù)處理子模塊(331)通過DMA方式讀取數(shù)據(jù)緩存模塊320中的回波數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器外圍接口協(xié)議子模塊(332)對測距處理后結(jié)果進行串RS232數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)緩存模塊(320)采用先進先出隊列FIFO方式緩存預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述回波數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(310)包括: 濾波子模塊(311)，用于通過采用離散數(shù)字濾波方式實現(xiàn)信號的低通濾波處理；以及 編碼子模塊(312)，用于對進行低通濾波處理后的回波數(shù)據(jù)進行編碼，以符合數(shù)據(jù)處理模塊(330)對編碼格式的要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼子模塊(312)對回波數(shù)據(jù)進行編碼的操作包括:抽取、合并和排序以及回波數(shù)據(jù)累加。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼子模塊(312)根據(jù)頻譜細化算法或CZT算法實現(xiàn)待測回波數(shù)據(jù)的時間校正，消除回波數(shù)據(jù)的干擾。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括:供電裝置(100)，用于將輸入的直流電通過開關(guān)電源的方式進行電壓轉(zhuǎn)換，為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(200)和 FPGA芯片(300)供電。
【文檔編號】G01F23/284GK104006865SQ201410256212
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】陳秀偉, 張文鑫, 劉小軍, 柳青, 趙博, 張鋒, 李俊, 方廣有 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所