一种低功耗的振弦式传感器测频系统设计.pdf

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1、76传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第6期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)06--0076-03一种低功耗的振弦式传感器测频系统设计何华光，凌朝善，玉丹丹，谢开仲(1．广西大学计算机与电子信息学院，广西南宁530004：2．广西大学土木建筑工程学院。广西南宁530004)摘要：为实现无市电情况下振弦式传感器对被测对象的长期实时监测，介绍了一种基于STM32L152微处理器的高精度、低功耗振弦式传感器测频系统。系统硬件包含传感器激振、信号调理、数

2、据存储以及电源管理等模块。软件上利用Rife与Quinn算法，降低传感器激振电压、缩短激振时间，极大地减少了测频系统的功耗。实验结果表明：系统的平均工作电流为23．2mA，休眠电流为l5A，频率测量相对误差小于0．025％，满足工程上振弦式传感器对测频精度和功耗的要求。关键词：振弦式传感器；Rife与Quinn算法：STM32L152中图分类号：TU375．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)06-0076-03Designofavibratingwiresensorsystemforfrequencymeasurementw

3、ithlowpowerconsumptionHEHua—guang，LINGChao—shan，YUDan—dan，XIEKai—zhong(1·CollegeofComputerandElectronicsandInformation，GuangxiUniversity，Nanning530004，China；2．CollegeofCivilandArchitectureEngineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)Abstract：Inordertoachievelong-termandr

4、eal·-timemonitoringontargetbyvibratingwiresensorwithoutcommercialpower，introduceavibratingwiresensor~equencymeasurementsystemwithhJghprecision，lowpowerconsumptionbasedonSTM32L152microprocessor．Thehardwareofthesystemincludessensorexcitation，signalconditioning，datastorageandpow

5、ermanagementmodules．UsingRifeandQuinnalgorithm，itgreatlyreducespowerconsumptionofthesystembyreducingexcitationvohageofsensoranddecliningexcitationtimeofsensor．Experimentalresultsshowthataverageworkingcurrentofthesystemis23．2mA，sleepcurentis15txA，relativeerroroffrequencymeasur

6、ementislessthan0．025％．anditcanmeettherequirementoftheengineeringapplicationin~equencymeasurementprecisionandpowerconsumption．Keywords：vibratingwiresensors；RifeandQuinnalgorithm；STM32L1520引言低激振电压的同时保证测频的有效性是关键。本文设计的振弦式传感器输出频率的变化能够反映应力的变化，振弦式传感器测频系统以ARM处理器STM32L152为核具有结构简单，测量精度

7、高，性能可靠等优点，在桥梁大坝心，采用Rife与Quinn算法对微弱信号进行频率检测，能够上得到了广泛的应用。在野外桥梁建设初期，由于配套极大地降低激振电压，实现系统的低功耗、高精度测频。市电供应系统尚未完善，使用振弦式传感器对桥梁长时间1系统硬件设计实时监测变得困难。为此，便携式低功耗振弦式传感器测系统采用超低功耗ARM处理器为核心，系统框图如频系统显得十分必要。图l所示。振弦式传感器被激振后输出信号幅度十分微弱，持续时间短，加上外部噪声的干扰，使得信号的测频变得困难。通常使用较高的激振电压来提高传感器输出信号L!模块I[t!『面．r匿西_]的

8、幅度，激振电压一般大于100V_3J。因此，激振电路是测频系统中消耗电能最大的模块。要实现系统的低功耗，降收稿日期：2015-04-27