基于DSP和ARM的激光粒度儀關鍵電路設計

摘要：為了增強激光粒度儀的數據處理能力和減小儀器體積，本文介紹了一種基于DSP和ARM的激光粒度儀關鍵電路的嵌入式方案。主要闡述了硬件系統的總體設計方案，并詳細介紹了數據采集電路、DSP運算電路、ARM顯示電路的設計。最后給出實驗驗證結果，證明此方案比原來的P4臺式機運算快lOs，并且實現無需外接臺式機，減小了儀器體積。
關鍵詞：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，但它的計算相當復雜限制了數據處理速度及精度。
DSP技術實現MIE散射算法有很多優點：它是專為算法計算而設計的專用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，能實現儀器一體化等等優點。ARM具有豐富的片上資源，適合嵌入式系統的開發，主要負責操作系統的運行、任務管理和協調以及DSP的控制任務，外部可擴展多種外設，如通用串口、LCD顯示屏、以太網接口。

1 系統總體設計及工作原理
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某一確定的散射角。光電探測器陣列由一系列同心環帶組成，每一環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轉換后送入計算機，按事先編制的程序根據米氏散射理論進行數據處理，把散射譜的空間分布反演為顆粒大小的分布。