雷達液位測量數據處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種雷達液位測量數據處理系統。該雷達液位測量數據處理系統包括：模/數轉換模塊和FPGA芯片。其中，數據預處理模塊、數據緩存模塊和數據處理模塊都在FPGA上實現，其中數據處理模塊采用FPGA的MICROBLAZE32位軟核實現，實現了系統核心模塊的無縫鏈接，使液位計數據處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發揮快速、精確的測量功能。
【專利說明】雷達液位測量數據處理系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電氣電子行業數據信號處理【技術領域】，尤其涉及一種雷達液位測量數據處理系統。
【背景技術】
[0002]隨著工業的快速發展，物料的料位參數在工業自動化控制和管理工作中變得越來越重要，諸如鋼鐵行業、化學行業、船舶航空運輸業等領域都需要實時測量物料的料位。通過物料料位參數的監測可以有效地進行工業化操作和科學管理。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、聞粘度、聞毒性、聞溫、聞壓、強腐蝕性等惡劣環境中完成測量任務。雷達液位計工作模 式通常有脈沖方式和調頻連續波方式，調頻連續波液位計由于其機理簡單、硬件結構復雜度低等優點被廣泛應用。
[0003]隨著現代工業的發展，對雷達液位測量數據實時性處理的要求越來越高，目前的雷達液位測量數據處理系統不能夠滿足實時性要求。同時，由于數據處理算法的不斷改進，需要經常對軟件系統進行升級，而目前硬件實現的液位數據處理系統并不能實現輕松升級，造成使用、維護成本較高。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種雷達液位測量數據處理系統，以提高雷達液位測量數據實時性處理的水平。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本發明雷達液位測量數據處理系統包括:模/數轉換模塊200和FPGA芯片300。模/數轉換模塊200，用于接收液位計系統的輸出信號經過混頻器后生成的中頻回波數據，將該模擬形式的中頻回波數據轉換為數字形式的回波數據；回波數據預處理模塊310，集成于FPGA芯片300上，與模/數轉換模塊200相連接，用于對模/數轉換模塊200輸出的回波數據進行預處理；數據緩存模塊320，集成于FPGA芯片300上，用于緩存預處理后的回波數據，在FIFO隊列填滿后，產生中斷觸發信號，并該回波數據被讀取后，繼續緩存預處理后的回波數據；以及數據處理模塊330，由集成于FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現，用于響應數據緩存模塊的中斷觸發信號，讀取數據緩存模塊中的回波數據，將其存儲于該MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數據進行測距處理，并將測距處理后的結果發送出去。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術方案可以看出，本發明雷達液位測量數據處理系統具有以下有益效果:
[0010](I)數據預處理模塊、數據緩存模塊和數據處理模塊都在FPGA上實現，其中數據處理模塊采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現，實現了系統核心模塊的無縫鏈接，使液位計數據處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發揮快速、精確的測量功能；
[0011](2)在FPGA上實現的數據預處理和核心處理器均是可編程的，所以便于后續的改版和升級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為根據本發明實施例雷達液位測量數據處理系統的結構示意圖。
[0013]【主要元件符號說明】
[0014]100-供電裝置；
[0015]200-模/數轉換模塊；
[0016]300-FPGA 芯片；
[0017]310-數據預處理模塊；
[0018]311-濾波子模塊；312-編碼子模塊；
[0019]320-數據緩存模塊；
[0020]330-數據處理模塊；
[0021]331-回波數據 處理子模塊；332-處理器外圍接口協議子模塊。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。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方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。
[0023]本發明提供了一種基于可編程邏輯芯片(Field programmable Gate Array,簡稱FPGA)的雷達液位測量數據處理系統，其中核心處理器采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現，從而使液位計數據處理能夠滿足實時性需求。
[0024]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種雷達液位測量數據處理系統。圖1為根據本發明實施例雷達液位測量數據處理系統的結構示意圖。如圖1所示，本實施例雷達液位測量數據處理系統包括:模/數轉換模塊200和FPGA芯片300，
[0025]模/數轉換模塊200，用于接收液位計系統的發射信號經過混頻器后生成的中頻回波數據，將該模擬形式的中頻回波數據轉換為數字形式的回波數據；
[0026]回波數據預處理模塊310，集成于所述FPGA芯片300上，與模/數轉換模塊200相連接，用于對模/數轉換模塊200輸出的回波數據進行預處理；
[0027]數據緩存模塊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)方式緩存預處理后的回波數據，在FIFO隊列填滿后，產生中斷觸發信號，并在FIFO隊列中的數據被讀取后，繼續緩存由回波數據預處理模塊輸出的預處理后的回波數據；
[0028]數據處理模塊330，由集成于所述FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現，用于響應數據緩存模塊的中斷觸發信號，讀取數據緩存模塊中的回波數據，并把該回波數據存儲于MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數據進行測距處理，并將測距處理后的結果發送出去。
[0029]可見，本實施例中，數據預處理模塊310、數據緩存模塊320和數據處理模塊330都在FPGA上實現，實現了系統核心模塊的無縫鏈接，此外，數據處理模塊330采用FPGA的MICROBLAZE軟核實現，使液位計數據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據處理系統的各個組成部分進行詳細說明。
[0031]模/數轉換模塊200設置于FPGA芯片300外，其可以是各種的模數轉換裝置，本發明并不對模/數轉換模塊200的實現方式和具體型號進行限制。
[0032]回波數據預處理模塊310集成于FPGA芯片300上。從實現的功能是區分，該回波數據預處理模塊可以包括:濾波子模塊311，用于通過采用離散數字濾波處理裝置實現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據進行編碼，以符合后續數據處理模塊330對編碼格式的要求。其中，編碼子模塊對回波數據進行編碼的操作可以包括:抽取、合并和排序以及回波數據累加。
[0033]數據處理模塊330由集成于所述FPGA芯片上MICR0BLAZE32bit軟核實現。該數據處理模塊300進一步可以包括:回波數據處理子模塊331和處理器外圍接口協議子模塊332，當MICROBLAZE軟核響應中斷觸發信號后，回波數據處理子模塊331通過DMA方式讀取數據緩存模塊320中的回波數據，把回波數據緩存在軟核的IRAM中，然后對IRAM中的雷達回波數據進行測距處理。對回波數據處理完成后，處理器外圍接口協議子模塊332對處理結果進行串口 RS232數據格式轉換，實時地把測量結果發送給終端，實現顯示和監測等功倉泛。
[0034]除了上述各個功能模塊之外，本實施例雷達液位測量數據處理系統還包括供電裝置100。該供電裝置100向整個系統供電，其輸入電壓為24伏直流電，通過直流電壓轉換為雷達液位測量數據處理系統各部分所需要的各種電源電壓，系統消耗的總電源功率約為10瓦左右。優選地，該供電裝置采用開關電源模塊實現電源電壓的轉換。
[0035]至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明雷達液位測量數據處理系統有了清楚的認識。
[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構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
[0037]綜上所述，本發明提雷達液位測量數據處理系統通過將核心模塊-數據預處理模塊、數據緩存模塊和數據處理模塊都在FPGA上實現，其中數據處理模塊采用FPGA的MICR0BLAZE32位軟核實現，實現了系統核心模塊的無縫鏈接，使液位計數據處理能夠滿足實時性需求，進而也使液位計能充分發揮快速、精確的測量功能。
[0038]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，包括:模/數轉換模塊(200)和FPGA芯片(300)，其中: 模/數轉換模塊(200)，用于接收液位計系統的輸出信號經過混頻器后生成的中頻回波數據，將該模擬形式的中頻回波數據轉換為數字形式的回波數據； 回波數據預處理模塊(310)，集成于所述FPGA芯片(300)上，與所述模/數轉換模塊(200)相連接，用于對所述模/數轉換模塊(200)輸出的回波數據進行預處理； 數據緩存模塊(320)，集成于所述FPGA芯片(300)上，用于緩存預處理后的回波數據，在被回波數據填滿后，產生中斷觸發信號；并在該回波數據被讀取后，繼續緩存預處理后的回波數據；以及 數據處理模塊(330)，由集成于所述FPGA芯片上MICROBLAZE軟核實現，用于響應數據緩存模塊的中斷觸發信號，讀取數據緩存模塊中的回波數據，將其存儲于該MICROBLAZE軟核的IRAM中，而后對IRAM中的雷達回波數據進行測距處理，并將測距處理后的結果發送出去。
2.根據權利要求1所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述MICROBLAZE軟核為32bit的MICROBLAZE軟核。
3.根據權利要求1所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述數據處理模塊(330)包括: 回波數據處理子模塊(331)，用于響應數據緩存模塊的中斷觸發信號，讀取所述數據緩存模塊(320)中的回波數據，把回波數據緩存在MICROBLAZE軟核的IRAM中，然后對IRAM中的雷達回波數據進行測距處理；以及 處理器外圍接口協議子模塊(332)，用于對測距處理后結果進行數據格式轉換，實時地把測量結果發送給外界。
4.根據權利要求3所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述回波數據處理子模塊(331)通過DMA方式讀取數據緩存模塊320中的回波數據。
5.根據權利要求3所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述處理器外圍接口協議子模塊(332)對測距處理后結果進行串RS232數據格式轉換。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述數據緩存模塊(320)采用先進先出隊列FIFO方式緩存預處理后的回波數據。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述回波數據預處理模塊(310)包括: 濾波子模塊(311)，用于通過采用離散數字濾波方式實現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據進行編碼，以符合數據處理模塊(330)對編碼格式的要求。
8.根據權利要求7所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述編碼子模塊(312)對回波數據進行編碼的操作包括:抽取、合并和排序以及回波數據累加。
9.根據權利要求7所述的雷達液位測量數據處理系統，其特征在于，所述編碼子模塊(312)根據頻譜細化算法或CZT算法實現待測回波數據的時間校正，消除回波數據的干擾。
10.根據權利要求1至5中任一項所述的雷達液位測量數據處理系統，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電源的方式進行電壓轉換，為所述模/數轉換模塊(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 優先權日:2014年6月11日
【發明者】陳秀偉, 張文鑫, 劉小軍, 柳青, 趙博, 張鋒, 李俊, 方廣有 申請人:中國科學院電子學研究所