基于arm的微弱信号采集系统的设计_张挺

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1、第20卷第3期电子设计工程2012年2月Vol.20No.3ElectronicDesignEngineeringFeb.2012基于ARM的微弱信号采集系统的设计张挺，秦华伟（杭州电子科技大学机械电子工程研究所，浙江杭州310008）摘要：为提取噪声背景下的微弱信号，提出了一种硬件与软件相结合的实现方案。采用仪表放大技术和单片机控制技术相结合对数据进行检测和处理。该系统优化硬件调理电路设计，保证采集数据的精度要求。利用ARM实现基于数字相关的算法，改善信噪比，有效恢复淹没于强背景噪声中的微弱信号。最后通过对模拟低频微弱电流信号的检测实验，充分显示了该系统在微弱信号检测方面的实用性和有效

2、性。关键词：微弱信号；仪表放大器；改善信噪比；数字相关中图分类号：TM933.2文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）03-0023-05DesignofweaksignaldectingsystembasedonARMZHANGTing，QINHua-wei（InstituteofMechanicalEngineering，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China）Abstract:toextracttheweaksignalwithstrongnoisebackground，aschemewhichcombinesha

3、rdwarewithsoftwareforrealizationofthisthismethodisdesigned.Inthismethod，thesignalsaredetectedandprocessedusingtheclassicalinstrumentmagnifyingtechniqueandsingle-chipmicrocomputercontrol.Thedesigningoffronthardwareisoptimizedtoinsuretheprecisionofacquiringdata.ThesystemadoptARMaccomplishingthearit

4、hmeticofdigitalcorrelation，improvingSignal-to-NoiseRate，acquiringweaksignalwhichsheiledbyvastpowerfulnoise.Throughtheexperimentofartificiallow-frequencyweak-signaldetection，thesystemfullyrevealsitspracticalityandvalidityinthefieldofweaksignaldetection.Keywords:weaksignal；instrumentationamplifier；

5、improvingSNR；digitalcorrelation对于绝大多数数据采集系统而言，其采集对象一般都为S3C4510B芯片是高性价比的16/32位RSIC微控制器，大信号，即有用信号的幅值远远大于噪声，然而在一些特殊非常适合低功耗的场合。本系统采用S3C4510B作为处理器，的场合，采集到的信号往往很微弱，并且常常被随机噪声所通过外部中断读取ADC数据，并实现基于数字相关的算法。淹没。这种情况下，仅仅采用放大器和滤波器无法有效的检1基于数字相关检测的算法测出微弱有用信号[1-2]。本系统硬件电路针对溶解氧传感器输出的微弱低频电流信号，利用仪表放大器有效抑制共模噪微弱信号检测的主要

6、目的就是从被噪声淹没的信号中声，通过ARM处理器的数字相关算法优化，保证采集系统的提取有用信号。目前常用的检测方法有频域信号相干检测、时域信号积累平均、离散信号计数技术、并行检测方法[3]。其精度要求。由于确定信号在不同时刻取值具有很强的相关性，而噪中频域信号信号相干检测是常用的一种方法。声一般都是随机信号，不同时刻其相关性较差。相关检测技传统的相干检测方法是将信号通过前置低通滤波器滤术就是基于信号与噪声统计学的特点，充分利用它们的相关波之后，再通过锁定模拟放大器（LIA）和参考通道信号完成性，从而实现微弱信号的提取和降噪的目的。针对被淹没在相关运算。利用信号和噪声不相关的特点，采用互相

7、关检测噪声中的信号，采用数字相关检测算法可以排除噪声。原理来实现淹没在噪声背景下的微弱信号的提取。虽然LIA本系统采用三星（SamSung）公司的ARM7微控制器芯片速度快，但也存在温度漂移、噪声、价格昂贵、体积较大等一S3C4510B，这是整个系统的核心，由它控制数据的采集和处些缺点，不适合小型化集成系统。如果把相关运算转换成功理。该模块由以下3个功能：率谱计算，就完全可以利用数字相关运算来代替LIA，从而克1）起动AD，控制数据