基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路设计

摘要：为了增强激光粒度仪的数据处理能力和减小仪器体积，本文介绍了一种基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路的嵌入式方案。主要阐述了硬件系统的总体设计方案，并详细介绍了数据采集电路、DSP运算电路、ARM显示电路的设计。最后给出实验验证结果，证明此方案比原来的P4台式机运算快lOs，并且实现无需外接台式机，减小了仪器体积。
关键词：DSP；ARM；激光粒度仪

O 引言
激光粒度仪是一种最先进的、最具有广泛发展前景的粒度测量仪器，它的测量原理基于米氏(Mie)散射理论。Mie散射理论是一个经典的光散射理论，它最大的特点是可用于任何尺寸段颗粒的测量，但它的计算相当复杂限制了数据处理速度及精度。
DSP技术实现MIE散射算法有很多优点：它是专为算法计算而设计的专用CPU，所以它运算速度很快；与通用CPU相比它成本低，所以有很好的性价比；而且它的体积小，能实现仪器一体化等等优点。ARM具有丰富的片上资源，适合嵌入式系统的开发，主要负责操作系统的运行、任务管理和协调以及DSP的控制任务，外部可扩展多种外设，如通用串口、LCD显示屏、以太网接口。

1 系统总体设计及工作原理
1．1 激光粒度仪工作原理
激光粒度仪的组成框图如图1所示

激光粒度仪中的光电探测器采集颗粒在一定角度范围内的散射光来得到颗粒的粒径分布信息。由于光电探测器处在傅里叶透镜的焦平面上，因此探测器上的任一点都对应某一确定的散射角。光电探测器阵列由一系列同心环带组成，每一环带是一个独立的探测器，能将投射到上面的散射光能线性地转换成电压，然后送给采集卡。该卡将电信号放大，再进行A／D转换后送入计算机，按事先编制的程序根据米氏散射理论进行数据处理，把散射谱的空间分布反演为颗粒大小的分布。