基于DSP和ARM的激光粒度儀關(guān)鍵電路設(shè)計

摘要：為了增強激光粒度儀的數(shù)據(jù)處理能力和減小儀器體積，本文介紹了一種基于DSP和ARM的激光粒度儀關(guān)鍵電路的嵌入式方案。主要闡述了硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并詳細介紹了數(shù)據(jù)采集電路、DSP運算電路、ARM顯示電路的設(shè)計。最后給出實驗驗證結(jié)果，證明此方案比原來的P4臺式機運算快lOs，并且實現(xiàn)無需外接臺式機，減小了儀器體積。
關(guān)鍵詞：DSP；ARM；激光粒度儀

O 引言
激光粒度儀是一種最先進的、最具有廣泛發(fā)展前景的粒度測量儀器，它的測量原理基于米氏(Mie)散射理論。Mie散射理論是一個經(jīng)典的光散射理論，它最大的特點是可用于任何尺寸段顆粒的測量，但它的計算相當復(fù)雜限制了數(shù)據(jù)處理速度及精度。
DSP技術(shù)實現(xiàn)MIE散射算法有很多優(yōu)點：它是專為算法計算而設(shè)計的專用CPU，所以它運算速度很快；與通用CPU相比它成本低，所以有很好的性價比；而且它的體積小，能實現(xiàn)儀器一體化等等優(yōu)點。ARM具有豐富的片上資源，適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，主要負責(zé)操作系統(tǒng)的運行、任務(wù)管理和協(xié)調(diào)以及DSP的控制任務(wù)，外部可擴展多種外設(shè)，如通用串口、LCD顯示屏、以太網(wǎng)接口。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計及工作原理
1．1 激光粒度儀工作原理
激光粒度儀的組成框圖如圖1所示

激光粒度儀中的光電探測器采集顆粒在一定角度范圍內(nèi)的散射光來得到顆粒的粒徑分布信息。由于光電探測器處在傅里葉透鏡的焦平面上，因此探測器上的任一點都對應(yīng)某一確定的散射角。光電探測器陣列由一系列同心環(huán)帶組成，每一環(huán)帶是一個獨立的探測器，能將投射到上面的散射光能線性地轉(zhuǎn)換成電壓，然后送給采集卡。該卡將電信號放大，再進行A／D轉(zhuǎn)換后送入計算機，按事先編制的程序根據(jù)米氏散射理論進行數(shù)據(jù)處理，把散射譜的空間分布反演為顆粒大小的分布。