基于FPGA的超声波液位检测系统关键技术研究

发布时间：2023-04-28 14:06

　　在工业生产中,液位测量广泛应用于管道的水位监测、储料罐的储料量测量、化工生产过程控制等应用中。液位精确测量对工业生产过程的自动控制和安全高品质生产都有着十分重要的作用,可以有效预防工厂危险事故的发生,提高生产质量。随着我国工业自动化进程的快速推进,检测设备也朝着精密化、智能化、小型化方向发展。在多种液位测量方法的比较下,本文选择了安全性更好、抗干扰能力强、非接触性测量的超声波检测方法。超声波检测方法可以应用于有腐蚀性或易挥发性等特殊液体条件下的液位测量,还可以实现对密闭容器内液位的非接触测量。本文针对液位的非接触性测量,设计了基于脉冲回波法的超声波液位检测系统。采用液介式超声波传播方式,使系统不但可以应用于敞口容器的液位测量,还可以在容器密闭的条件下使用。通过对应用需求和超声波特性的分析,选用了频率为2MHz的超声波。在设计分析的基础上完成系统整体结构搭建,并进一步完成了基于FPGA的硬件电路设计和软件设计。硬件电路设计以FPGA为核心,主要包括了供电电源、超声波发射电路、超声波接收电路、温度补偿电路、通信与显示电路。在系统中,设计了超声波发射和接收电路用来产生和接收超声波信号。为更好...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题研究内容
    1.4 论文章节安排
第2章 超声波液位检测系统整体方案
    2.1 超声波检测基本原理
        2.1.1 超声波
        2.1.2 脉冲回波法
    2.2 超声波换能器
    2.3 超声波检测系统结构
    2.4 测量误差的修正
        2.4.1 温度补偿
        2.4.2 容器外壁影响分析
        2.4.3 超声波换能器测量盲区
    2.5 本章小结
第3章 超声波液位检测系统硬件设计与调试
    3.1 硬件电路设计概述
    3.2 供电电源设计
    3.3 超声波发射电路设计
    3.4 超声波接收电路设计
        3.4.1 限幅电路
        3.4.2 信号放大电路
        3.4.3 带通滤波电路
        3.4.4 单端转差分电路
        3.4.5 AD采样电路
    3.5 温度补偿电路设计
    3.6 通信与显示模块
    3.7 FPGA设计
    3.8 硬件电路板调试
    3.9 本章小结
第4章 超声波液位检测系统软件设计
    4.1 软件设计概述
    4.2 Verilog HDL模块化设计
        4.2.1 模块化设计概述
        4.2.2 控制模块设计
        4.2.3 按键模块设计
        4.2.4 PWM模块设计
        4.2.5 超声波采样模块设计
        4.2.6 温度采样模块设计
        4.2.7 数据处理模块设计
    4.3 飞行时间获取方法
    4.4 本章小结
第5章 实验测试与数据分析
    5.1 实验平台搭建
    5.2 液位测量实验结果分析
        5.2.1 静态液位测量实验
        5.2.2 动态液位测量实验
    5.3 温度影响实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3803933