基于数字滤波的涡街流量计二次仪表设计

发布时间：2017-10-17 02:23

  本文关键词：基于数字滤波的涡街流量计二次仪表设计

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【摘要】：涡街流量计适用于气体、液体等流体流量的测量,具有内部无活动部件,结构简单、精度高、适应性强等优点,在工业生产等诸多行业得到了广泛的应用。但是涡街流量计目前还存在一些问题,特别是在低流速、小流量的情况下,频率测量会受到很大干扰,其涡街信号的信噪比非常低,涡街原始信号极易被噪声淹没,无法进行正常的测量。而普通涡街流量计大多采用模拟信号处理办法,正常流量范围内,涡街频率信号稳定、测量精度比较高;但是在小流量时,涡街原始信号非常微弱、难以提取有用信息,导致流量测量量程比很小,测量下限比较高。针对以上问题,该课题研究并设计实现了一款基于MSP430单片机数字滤波的涡街流量计。该数字涡街流量计采用双MSP430单片机的硬件结构,在低流速的情况下,由MSP430AFE253单片机对涡街初始信号进行数字处理、滤波,转换成标准信号;再由MSP430F413单片机进行计频,结合一种多周期测频方法,可以精确测量出涡街频率,进而有效解决了测量精度问题,同时克服了在小流量测量时的量程比问题,相比于普通模拟涡街流量计,在保证测量精度与实时性地基础上降低了系统整体功耗,并实现了4~20mA频率信号模拟量输出。本论文主要是按照涡街流量计的测量原理、工作原理、硬件系统介绍、软件系统介绍以及实验结果分析的顺序进行论述的,并详细介绍了一种多周期测频方法。该涡街流量计二次仪表由3块电路板构成,分别为电源板、信号处理板、数据处理板;针对三块电路板本课题设计了一套完整的硬件电路结构以及软件系统,成功地实现了该涡街流量计可以在不同流量下调整滤波程序的参数,从而能精确的测量涡街信号频率和流量值。最后通过实验表明本数字涡街流量计具有很低的量程下限,扩大了涡街信号测量的量程比,对现场噪声有很强的抑制能力,实时性好,具有很高的应用价值。
【关键词】：涡街流量计 仪表设计 频率测量 MSP430 数字滤波 高精度
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 涡街流量计概述9-11
• 1.2 涡街流量计的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究状况11-12
• 1.2.2 国内研究状况12-14
• 1.3 本课题的研究内容以及拟解决的关键问题14-15
• 1.4 预期结果和创新点15
• 1.5 本文章节安排15-17
• 第2章 涡街流量计的工作原理及信号处理方法17-26
• 2.1 涡街流量计的工作原理17-21
• 2.1.1 涡街现象及其产生原因17-18
• 2.1.2 涡街信号的构成18-19
• 2.1.3 涡街流量计的原理19-21
• 2.2 涡街流量计信号处理方法21-25
• 2.2.1 数字信号处理方法的优势21
• 2.2.2 数字信号处理方法介绍21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于MSP430单片机的多周期测频方法26-31
• 3.1 传统测频方法分析26-28
• 3.1.1 测频率法26-27
• 3.1.2 测周期法27-28
• 3.2 对传统测频方法的改进28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第4章 基于MSP430涡街流量计硬件系统设计31-45
• 4.1 智能芯片的选取31-32
• 4.2 硬件总体结构设计32-33
• 4.3 板与板之间连接33-35
• 4.4 硬件电路设计35-43
• 4.4.1 电源板电路设计35-39
• 4.4.2 信号处理板电路设计39-41
• 4.4.3 数据处理板电路设计41-43
• 4.5 PCB图设计43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 基于MSP430涡街流量计软件系统设计45-51
• 5.1 MSP430F413主控制程序设计45-47
• 5.2 测频程序设计47
• 5.3 通信协议设计47-50
• 5.4 软件设计注意事项50
• 5.5 本章小结50-51
• 第6章 实验结果分析51-55
• 6.1 多周期测频方法实验结果51-52
• 6.2 水流量实验结果52-54
• 6.2.1 DN20水流量实验结果52
• 6.2.2 DN50水流量实验结果52-53
• 6.2.3 DN100水流量实验结果53
• 6.2.4 DN300水流量实验结果53-54
• 6.3 本章小结54-55
• 第7章 总结与展望55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杜卫民;王强;;涡街流量传感器与配管同轴度对流量测量影响的实验研究[J];中国计量;2015年06期

2 王鑫;刘鑫屏;田亮;;基于MSP430单片机的高精度频率测量方法[J];中国仪器仪表;2015年03期

3 宋佳忆;李斌;陈洁;樊辰阳;黄绍锋;;基于CFD的涡街流量计取压位置仿真研究[J];电子测量技术;2015年03期

4 陈洁;刁品高;;涡街流量计信号处理方法研究与系统设计[J];中国测试;2015年02期

5 史风栋;李小京;;微弱涡街信号的多重互相关提取方法[J];信息与控制;2014年02期

6 胡岳;张涛;;涡街流量计梯形旋涡发生体的研究[J];化工自动化及仪表;2012年05期

7 陈雷;;点评多国仪器展中的传感器[J];国外电子测量技术;2012年02期

8 江文斌;秦会斌;邵李焕;郑梁;;基于经典谱估计改进方法的涡街流量计[J];仪器仪表学报;2012年01期

9 邰永红;沈天飞;李诚;;小波滤波法在涡街流量计中的应用[J];电子测量技术;2011年11期

10 方敏;徐科军;刘三山;;低功耗数字涡街流量计硬件研制中的关键技术[J];自动化仪表;2011年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 付媛媛;智能型涡街流量计硬件系统及软件系统的研制与研究[D];燕山大学;2012年

2 常鹏;双MSP430单片机结构数字涡街流量计的研究[D];天津大学;2007年

3 郝祖龙;基于数字信号处理技术的智能涡街流量计设计[D];华北电力大学（北京）;2005年

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本文编号：1046271