基于CPLD的新型冰厚传感器在实验中的改进研究

【前言】基于CPLD的新型冰厚传感器在实验中的改进研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。(Zhaoqing Institute of Electronic Information and Electrical Engineering,Zhaoqing 526061,China) Abstract:Because the common ice thickness sensor is based on the air,ice,water conductivity difference principle for detection of ice thickness,the effe...

摘要：由于普通的冰层厚度传感器是基于空气、冰、水的电导率差异原理来进行冰层厚度检测的，其效果较为可观。但是传感器由二次仪表和检测装置这两部分组成，这样做容易出错误。同时，系统功耗较大，在仅以太阳能供电的恶劣自然条件下会受到很大影响。因此，本文在普通冰厚传感器的基础上进行了一些改进，使其更加能够适应实际应用。

关键词：冰厚传感器；实验；改进

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-02

New Ice Thickness Sensor Improvement Research in the Experiment to Based on cpld

Yu Yakun

(Zhaoqing Institute of Electronic Information and Electrical Engineering,Zhaoqing 526061,China)

Abstract:Because the common ice thickness sensor is based on the air,ice,water conductivity difference principle for detection of ice thickness,the effect is more considerable.However,sensors and detection devices by the secondary instrument composed of two parts,the error is easy to do so.At the same time,large power consumption,solar-powered in only under harsh natural conditions will be greatly affected.Therefore,this article in ordinary ice thickness sensor based on a number of improvements to make it more able to adapt to practical application.

Keywords:Ice thickness sensor;Experiments;Improve

一、冰厚传感器的系统结构设计的不足与改进

本次所设计的传感器和普通冰厚传感器之间有一个不同之处那就是实现了传感器整体结构的一体化，普通的冰层厚度传感器基本上由二次仪表与检测装置两部分组成的，其结构图如下图1-1所示：

图1-1：原系统结构图 图1-2：新型冰厚传感器结构图

检测装置的核心部分是由CPLD译码器、两排触点和模拟开关（CD4067）组成的。在整体系统结构中主要用导电性能较好、耐腐蚀性强且有较强度的不锈钢螺钉（ф5）来主要触点，系统中的两排触点中的点与点之间的距离为1cm，可以参考系统量程的大小来决定触点的数量，触点和模拟开关是保持连接的，因为模拟开关和触点相连接最多允许16个，最终应用哪一个模拟开关则全由译码器来决定。所以，系统在识别向哪一个指定的触点发送相应的电压时就要做到先识别属于哪一个模拟开关后，再来确定模拟开关的具体端口。这样做的设计一方面使得携带与应用相当不方便，同时另一方面使得分开应用后也增加了一定出错的几率。再加上传感器是由二次仪表与检测装置这两部分组成的系统体积较大，让人感觉臃肿。而新型冰层厚度传感器则将对上述系统结构中存在的不足之处进行了相应的改进，二次仪表部分和传感器检测装置合在一起，其结构如图1-2所示。

新型传感器的结构和普通的传感器之间差异在于：①用原来的二次仪表这一部分与检测部分结合在一起了，因为新型传感器是应用了全新的CPLD，全面简化了电子器件的数量，所以使得新的传感器检测部分内部只有较多的导线，而没有电子元件。②本次设计的传感器发送电压触点与接收电压触点之间互不对应的，将是5个发送电压触点同时应用1个接收电压触点，只是要求新的接收电压触点能够与如图1-2中最右边的发送电压触点之间进行相互对应，这样做的好处就是使得传感器在测试冰、水和空气的分界面时不会于出现误差，从而使得测量有较好的效果。

二、新型冰厚传感器的数据采集过程

新型冰厚传感器进行数据采集过程如图2-1所示，把量程为M厘米的传感器垂直放置在冰面上，作为单片机控制传感器内CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）的译码信号是从触点1开始由下直上一步步发出电平，并且时行数据的采集与发送点之间进行相应的数据接收点的电压值。从触点1至触点L之间的等效电阻值等效于水的电阻值，第L+1个触点的等效电阻测量值发生了很大的波动，那么测量值同样等效于冰介质的电阻值，所以，通过判断触点L和触点L+1之间的冰与水的分界点，并且将分界点L+1的过程记录下来，继续依次向上巡检。当系统检测到第N+1个触点的时候，此时测量电压值时又会发生很大的波动，通过对比，测量值依然等效于空气中电压值，所以可确定触点N+1已顺利进入空气层，此时就可以计算出冰层厚度D的具体数据值，其计算机公式如下所示。

D=（N+1）-（L-1）公式（2-1） 即D=N-1 公式（2-2）

图2-1：数据采集程序图

通过上图数据采集程序可得到如图2-2所示

图2-2：数据采集的中断程序图

该流程主要包含了系统的中断函数，即我们通常说的软中断与硬件中断。由于在编写CPLD软件程序时软中断是负责任务级之间的相互切换，而硬件中断的定时器中断则主要是用于产生相关的系统的时钟节拍。OSCdataSw函数则是任务之间的相互切换，部分核心代码如下：

interrupt 4 void OSCdataSw（void） //4为SWI中断

{

DisableInterrupts；//关中断

asm{

ldaa $30 //保存页面寄存器

psha

1dX OSTCBCur

STS O，X

}

OSTaskSwHook（）；

OSTCBCur=OSTCBHighRdy；

OSPrioCur=OSPrioHighRdy；

asm{

1dX OSTCBCur

LDS O，X

pula

stag $30

RTI

}

EnableInterrupts； //开中断

}

三、新型冰厚传感器在实验中的一些改进措施

笔者实验时间为2011年6月10号至25号，本实验共持续了15天。在这个过程中，设置传感器采集频率为15分钟/次，并且将采集的数据存存于SD卡中，整个过程详细记录了从无冰状态至冰层最厚达到28公分的过程。