基于嵌入式系统的超声波气体泄漏检测仪的设计与研究
发布时间：2023-04-05 02:13
随着油气压力管道长线输送在我国的普及应用,人们对于压力管道运输的安全性、可靠性要求不断提高。管道泄漏检测作为保障管道安全的重要手段,越来越受到人们的重视。传统的管道气体泄漏检测手段,由于投资大、见效慢、维护费用高等原因,无法在我国得到普及应用。当前迫切需要研发一款先进的,实用的,适合我国国情的管道气体泄漏检测设备,以满足不同地区企业气体泄漏检测的需要。 课题的目标是研制一套基于嵌入式系统的超声波管道气体泄漏检测仪,能够完成现场由于高压气体管道泄漏所产生超声波的采集和处理,并将A/D转换后的数据进行快速傅立叶(FFT)变换,在液晶上显示其频谱特性。根据系统设计的总体要求,提出了采用基于嵌入式系统的设计方案。嵌入式系统的核心采用C8051F120微处理器,它是完全集成的混合信号级MCU芯片。该芯片能够很好的对超声波传感器所采集的信号进行分析和FFT运算。 系统采用了模块化设计方案,主要分为信号采集、信号处理和液晶显示三大模块。硬件方面,简单介绍了电路中各元器件的特性,重点给出了此设计的详细过程及最终的实现电路,并分析了电路的工作原理。软件方面,重点介绍了A/D转换,FFT变换及Bresen...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外管道泄漏检测研究状况
1.2.1 国外相关研究状况
1.2.2 国内相关研究状况
1.3 论文的主要工作及创新点
1.3.1 论文的主要研究工作
1.3.2 论文的创新点
1.4 论文的组织结构
第二章 管道泄漏检测方法及发声信号特性研究
2.1 管道泄漏检测方法综述
2.2 现代实时泄漏检测技术
2.2.1 基于信号处理的检测方法
2.2.2 基于管道数学模型的检测方法
2.2.3 基于知识的方法
2.3 方案论证
2.4 声波的基本知识
2.5 超声波特性研究
2.6 气体泄漏超声波检漏原理
2.7 声波检漏方法及在泄漏检测中的应用
2.8 基于嵌入式系统的超声波气体泄漏检测可行性研究
2.9 本章小结
第三章 超声波气体泄漏检测仪的整体设计方案
3.1 系统测试的信号及其检测指标
3.2 整体设计方案
3.3 信号采集模块综合研究
3.4 信号处理模块综合研究
3.5 LCD显示模块综合研究
3.6 编程语言的选择
3.7 本章小结
第四章 超声波气体泄漏检测仪的硬件设计
4.1 CPU的选型及介绍
4.1.1 C8051F系列单片机简介
4.1.2 微处理器的选型依据
4.1.3 C8051F120微处理器的系统构成
4.1.4 C8051F120存储器组织
4.1.5 C8051F120模数转换功能
4.2 超声波传感器的选择
4.2.1 超声波传感器工作原理
4.2.2 超声波传感器的系统构成
4.2.3 超声波传感器的主要技术指标
4.2.4 传感器接入部分电路设计
4.3 信号调理电路设计
4.3.1 信号放大电路设计
4.3.2 信号强度调整电路设计
4.3.2.1 模拟开关CD4052芯片介绍
4.3.2.2 CD4052引脚功能说明
4.3.2.3 CD4052通道选择真值表
4.3.2.4 信号强度调整电路设计
4.3.3 带通滤波电路设计
4.4 液晶显示模块设计
4.5 电源电路设计
4.5.1 MA-756芯片介绍及电路设计
4.5.2 AS1117芯片介绍及电路设计
4.6 本章小结
第五章 超声波气体泄漏检测仪的软件设计
5.1 模数转换技术
5.1.1 A/D转换器的原理
5.1.2 A/D转换器的技术指标
5.1.3 逐次逼近式A/D转换器原理
5.1.4 C8051F120模数转换引脚功能说明
5.1.5 A/D转换关键代码
5.2 FFT变换技术
5.2.1 FFT变换的意义
5.2.2 FFT变换实现代码
5.3 液晶显示技术
5.3.1 Bresenham画线原理及优化算法介绍
5.3.2 LCD接口时序及电气参数说明
5.4 本章小结
第六章 实验结果及数据分析
6.1 实验方法
6.1.1 实验目的
6.1.2 实验装置
6.2 MAX756芯片升压稳压性能测试
6.3 AS1117芯片降压稳压性能测试
6.4 超声波信号采集变换性能测试
6.4.1 超声波气体泄漏监测仪精确度和重复性测试
6.4.2 超声波气体泄漏检测仪采集及转换信号能力测试
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
7.3 本章小结
参考文献
致谢
硕士期间发表的学术论文
附录1
附录2
本文编号：3782524
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外管道泄漏检测研究状况
1.2.1 国外相关研究状况
1.2.2 国内相关研究状况
1.3 论文的主要工作及创新点
1.3.1 论文的主要研究工作
1.3.2 论文的创新点
1.4 论文的组织结构
第二章 管道泄漏检测方法及发声信号特性研究
2.1 管道泄漏检测方法综述
2.2 现代实时泄漏检测技术
2.2.1 基于信号处理的检测方法
2.2.2 基于管道数学模型的检测方法
2.2.3 基于知识的方法
2.3 方案论证
2.4 声波的基本知识
2.5 超声波特性研究
2.6 气体泄漏超声波检漏原理
2.7 声波检漏方法及在泄漏检测中的应用
2.8 基于嵌入式系统的超声波气体泄漏检测可行性研究
2.9 本章小结
第三章 超声波气体泄漏检测仪的整体设计方案
3.1 系统测试的信号及其检测指标
3.2 整体设计方案
3.3 信号采集模块综合研究
3.4 信号处理模块综合研究
3.5 LCD显示模块综合研究
3.6 编程语言的选择
3.7 本章小结
第四章 超声波气体泄漏检测仪的硬件设计
4.1 CPU的选型及介绍
4.1.1 C8051F系列单片机简介
4.1.2 微处理器的选型依据
4.1.3 C8051F120微处理器的系统构成
4.1.4 C8051F120存储器组织
4.1.5 C8051F120模数转换功能
4.2 超声波传感器的选择
4.2.1 超声波传感器工作原理
4.2.2 超声波传感器的系统构成
4.2.3 超声波传感器的主要技术指标
4.2.4 传感器接入部分电路设计
4.3 信号调理电路设计
4.3.1 信号放大电路设计
4.3.2 信号强度调整电路设计
4.3.2.1 模拟开关CD4052芯片介绍
4.3.2.2 CD4052引脚功能说明
4.3.2.3 CD4052通道选择真值表
4.3.2.4 信号强度调整电路设计
4.3.3 带通滤波电路设计
4.4 液晶显示模块设计
4.5 电源电路设计
4.5.1 MA-756芯片介绍及电路设计
4.5.2 AS1117芯片介绍及电路设计
4.6 本章小结
第五章 超声波气体泄漏检测仪的软件设计
5.1 模数转换技术
5.1.1 A/D转换器的原理
5.1.2 A/D转换器的技术指标
5.1.3 逐次逼近式A/D转换器原理
5.1.4 C8051F120模数转换引脚功能说明
5.1.5 A/D转换关键代码
5.2 FFT变换技术
5.2.1 FFT变换的意义
5.2.2 FFT变换实现代码
5.3 液晶显示技术
5.3.1 Bresenham画线原理及优化算法介绍
5.3.2 LCD接口时序及电气参数说明
5.4 本章小结
第六章 实验结果及数据分析
6.1 实验方法
6.1.1 实验目的
6.1.2 实验装置
6.2 MAX756芯片升压稳压性能测试
6.3 AS1117芯片降压稳压性能测试
6.4 超声波信号采集变换性能测试
6.4.1 超声波气体泄漏监测仪精确度和重复性测试
6.4.2 超声波气体泄漏检测仪采集及转换信号能力测试
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
7.3 本章小结
参考文献
致谢
硕士期间发表的学术论文
附录1
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