dtfx1020超声波流量计_基于DSP的时差法超声波流量计的研究

发布时间：2016-11-23 16:46

  本文关键词：时差法超声波流量计的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《南昌大学》 2007年

基于DSP的时差法超声波流量计的研究

周兵斌  

【摘要】： 超声波流量计是一种非接触式的测量仪表,它以使用方便、高精度等特点在工业生产、医药、石油、水资源等领域有着广泛的应用,系统的测量精度是其最关键的参数。 本文首先简述了超声波测量技术的发展历程和现状,对比了超声波流量计与其它流量计的不同,分析了超声波流量计的多种实现原理,然后给出了一种基于DSP的改进时差法的超声波流量计方案。在超声波发射和接收方面,系统采用了两个探头进行发射和接收的切换,并采用了一种间隙式多脉冲发射方案;接收并采集数据后利用软件插值来提高时间分辨率,再用数字滤波来调整波形,最后用相关算法进行数据的相关运算,从而计算出时延得到流速。本文也具体计算出了系统在发射、采样和插值等方面的参数。 系统的硬件组成包括超声波发射和接收电路、中央时序控制、数字信号处理电路以及后端服务电路。软件部分最主要是CPLD对整个系统时序控制的设计,以及用DSP来实现各种数字信号处理算法。本文还采用MATLAB对数字滤波、相关算法进行了设计仿真。最后本文给出了系统的改进意见。

【关键词】：
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH814
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-8

第1章 绪论8-18

1.1 超声波流量测量技术发展概述8-10

1.1.1 超声波测量技术发展历程8-9

1.1.2 国内外研究情况及现状9-10

1.2 超声波流量计与其他流量计的比较10-17

1.2.1 其他常见流量计的特点和用途10-15

1.2.2 超声波流量计的优点和用途15-17

1.3 本课题的研究内容17-18

第2章 超声波流量计的分类和实现原理介绍18-27

2.1 分类和基本原理18

2.2 传播时间法18-22

2.3 多普勒(效应)法22-24

2.4 时差法超声波流量计的基本原理24-27

2.4.1 传统时差法的缺陷25-26

2.4.2 改进时差法的实现原理和优点26-27

第3章 系统的方案设计27-43

3.1 系统基本方案的确立28-31

3.1.1 硬件部分28

3.1.2 软件部分28-31

3.2 系统方案的时间分辨率31-32

3.3 发射方案的确定32-33

3.4 采样及插值参数的确定33-35

3.5 算法方案设计所涉及到的一些相应理论35-43

3.5.1 相关理论35-37

3.5.2 插值原理37-39

3.5.3 FIR数字滤波器理论39-43

第4章 系统硬件的具体实现43-79

4.1 系统的硬件整体方案43-44

4.2 前端超声波发射、接收电路44-52

4.2.1 前端超声波发射电路44-45

4.2.2 前端超声波接收电路45-52

4.2.3 切换单元电路设计52

4.3 中央时序控制和采集存储电路部分52-62

4.3.1 采样电路52-54

4.3.2 高速缓存FIFO器件54-57

4.3.3 全局时序控制器CPLD57-62

4.4 DSP为核心的数字信号处理部分62-71

4.4.1 复位电路设计62-63

4.4.2 时钟电路设计63-65

4.4.3 DSP的电源方案65

4.4.4 DSP的存储空间65-69

4.4.5 DSP的外围器件接口69

4.4.6 TMS320VC5509和FLASH连接69-71

4.4.7 TMS320VC5509和FIFO连接71

4.5 后端单片机部分71-79

4.5.1 单片机的选型71-72

4.5.2 MCU与DSP通信接口72-73

4.5.3 数据存储模块73

4.5.4 时钟模块73-74

4.5.5 液晶显示模块(LCD)74-75

4.5.6 电流输出模块75-78

4.5.7 串口输出78-79

第5章 软件的实现79-96

5.1 CPLD的软件设计79-84

5.1.1 CPLD开发流程79

5.1.2 硬件描述语言79-80

5.1.3 Verilog-HDL硬件描述语言的特点80-81

5.1.4 系统中采用的CPLD开发软件81-82

5.1.5 系统中CPLD控制功能的实现82-84

5.2 DSP的软件设计84-96

5.2.1 DSP设计工具介绍84-85

5.2.2 CCS编程语言的介绍85-86

5.2.3 DSP软件的实现86-96

第6章 总结与展望96-97

6.1 总结96

6.2 进一步工作的方向96-97

致谢97-98

参考文献98-101

攻读学位期间的研究成果101

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1 金松日;一种小管径超声波流量计的设计[D];大连理工大学;2013年

【参考文献】

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1 李广峰,刘昉,高勇;时差法超声波流量计的研究[J];电测与仪表;2000年09期

2 郑佳春;数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年07期

3 TerrenceA.Grimley,潘光坦,杨冰;对超声波流量计进行准确度和重复性的试验[J];国外油田工程;1997年10期

4 孙长柏，，吴玉玉;频差式超声波管道流量计[J];工业仪表与自动化装置;1996年03期

5 胡琥,万秋玉,周彤;FIR数字滤波器的DSP实现[J];哈尔滨理工大学学报;2004年01期

6 韦余红,袁易全;夹持式超声流量计误差分析[J];声学技术;1993年01期

7 孙颖,李醒飞,张国雄;超声衰减增益补偿电路的设计[J];声学技术;2003年04期

8 王艳霞,傅星,胡小唐;利用超声波检测流量的高精度系统[J];天津大学学报;2003年02期

9 文玮玮,董金明;数字滤波器在定点DSP上的实现[J];遥测遥控;2002年01期

10 黄建军,刘存;改进超声波流量计性能的研究[J];仪器仪表学报;2001年S2期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张俊;基于DSP的超声波流量计[D];南京航空航天大学;2005年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王琨强,卞蓉辉,薛冰;基于PCI总线的高速可重构PCM帧同步器的实现[J];安徽电力职工大学学报;2002年01期

2 陈玉,温阳东;分布式配电自动化系统的研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年03期

3 朱然刚,叶春逢;Protel环境下PCB设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年03期

4 何玉东;刘涛;;基于FPGA的离散傅立叶变换[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年02期

5 祝陈;赵虎;柯海宁;;雷达信号中频采样技术[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2009年02期

6 钱团结,章晓霞,陈离;软件无线电技术在数字电视中的应用[J];安徽工程科技学院学报;2002年01期

7 杨会成;基于FPGA的直接数字频率合成信号发生器的设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年03期

8 张红;汪孟涛;;提高电磁流量计测量准确性的工程实施[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年01期

9 谭敏;基于ISP技术的现代数字系统设计的实现[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年04期

10 谭敏;基于MAX+plusII软件平台设计数字电路[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马涛;陈娟;单洪;;基于DSPBuilder的数字下变频器FPGA设计[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年

2 马涛;李东生;;单芯片可重构数字接收机的研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年

3 马涛;李东生;;一种数控振荡器(NCO)的FPGA实现新方法[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年

4 容显政;解禾;黄宇飞;;用于环保的超声波流量计[A];2000电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年

5 李志国;王振岭;;HB滤波器在数字接收机中的应用及实现[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

6 崔素玲;张超;杜会文;杜以涛;;时间门技术在频谱分析仪中的研究与应用[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年

7 王峰;鞠文涛;胡亮;傅新;;自适应FFT功率谱分析在涡街流量计中的应用[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

8 许爱霞;;超声涡街热量表的应用优势[A];推进供热体制改革与节能改造新技术新设备应用交流会论文集[C];2010年

9 柳晓鸣;刘人杰;关建;;子波浮动阈值VTS雷达杂波抑制处理器[A];第九届全国信号处理学术年会（CCSP-99）论文集[C];1999年

10 尹力;仲顺安;陈越洋;党华;;水声通信系统中信号同步的一种实现方法[A];第十二届全国信号处理学术年会（CCSP-2005）论文集[C];2005年

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1 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 祖秉法;“北斗二号”民用软件接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 张文旭;被动雷达导引头数字信道化接收机研究及实现[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 冯源;水下传感器网络节点试验室测试系统研究与设计[D];中国海洋大学;2010年

5 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年

6 覃岭;无线电侦测中的阵列处理算法研究[D];电子科技大学;2010年

7 高广玲;电子式电流互感器传变特性及适应性保护原理研究[D];山东大学;2010年

8 蒋冰莉;MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究[D];华中科技大学;2011年

9 贾虎;纤维爆炸索水下爆炸特性与应用研究[D];中国科学技术大学;2011年

10 黄昂;卷烟联合工房火灾蔓延规律及防治研究[D];中南大学;2010年

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1 岳莎莎;基于TMS320VC5509A的管道有源噪声控制系统研究[D];山东科技大学;2010年

2 张海社;智能天线算法的研究[D];山东科技大学;2010年

3 李国伟;基于电力线载波的采煤机监控通信系统的设计[D];山东科技大学;2010年

4 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年

5 赵越;煤矿提升容器激光定位系统设计[D];山东科技大学;2010年

6 张君通;基于FPGA的图像采集处理系统研究[D];长春理工大学;2010年

7 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年

8 张慧敏;基于运动控制的PVC软标机控制系统设计及实现[D];浙江理工大学;2010年

9 刘丽珺;基于时差法的超声波流量测试系统研究[D];浙江理工大学;2010年

10 陈乃锋;MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王铭学;王文海;田文军;方炯;;数字式超声波气体流量计的信号处理及改进[J];传感技术学报;2008年06期

2 孙晓晔;;PIC单片机与串行闪存的SPI接口设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2010年04期

3 ;RealView MDK一引领ARM开发工具新潮流[J];电子产品世界;2007年11期

4 丁凤林;李宗良;魏延明;宗光华;;小管径高精度超声波流量计设计[J];空间控制技术与应用;2011年01期

5 张学庆;流量测量的意义及流量传感器的现状[J];石油化工自动化;2005年05期

6 孙书鹰;陈志佳;寇超;;新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用[J];微计算机应用;2010年12期

7 李夏青,左丽;超声波流量计换能器的入射角及振荡频率对测量精度的影响[J];仪表技术与传感器;2000年04期

8 梅彦平;张明君;王延平;李占英;;TDC-GP21在超声波热量表中的应用[J];仪表技术与传感器;2012年02期

9 徐济仁,牛纪海,陈家松,王可人;FIFO存储器IDT7205及其在接收机采样处理板中的应用[J];有线电视技术;2004年24期

10 姚滨滨;张宏建;唐晓宇;周洪亮;;基于时差法和TDC-GP2的超声波流量测量方法[J];自动化与仪表;2011年08期

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1 刘杰;基于时差法的超声波流量计设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王伟智;基于TMS320超声波流量计测控平台开发[D];电子科技大学;2011年

3 吕瑞兰;小波阈值去噪的性能分析及基于能量元的小波阈值去噪方法研究[D];浙江大学;2003年

4 郑鹏;基于FPGA的时差法超声波流量计系统的设计与实现[D];浙江大学;2006年

5 闫菲;多脉冲时差法超声波流量计的设计与实现[D];大连理工大学;2006年

6 钟连学;DN80型工业超声波燃气表的研制[D];大连理工大学;2006年

7 周会映;相关超声波流量计中相关器的硬件实现[D];电子科技大学;2008年

8 于文峰;时差式超声流量计的研究与硬件电路实现[D];哈尔滨工程大学;2008年

9 刘成强;时差式超声流量计的研究与软件实现[D];哈尔滨工程大学;2008年

10 吴超;基于FPGA的超声波测距系统[D];武汉理工大学;2009年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 潘永才,王子旭,游治,黄汉华,傅俊菁;数字FIR滤波器的MATLAB设计[J];半导体技术;2001年08期

2 高明光,唐松林,崔贤王,陈宏钧;超声传感器在物位测量中的应用[J];传感器技术;1997年03期

3 桑国明,刘智;数字滤波器的DSP实现[J];大连大学学报;2001年04期

4 李广峰,刘昉,高勇;时差法超声波流量计的研究[J];电测与仪表;2000年09期

5 张汉奇,黄战华,蔡敬忠;高性能自动增益控制(AGC)电路的设计与实现[J];电测与仪表;1998年07期

6 海涛;低噪、宽带程控增益放大器的实现[J];电子技术;1998年08期

7 孙长柏，吴玉玉;频差式超声波管道流量计[J];工业仪表与自动化装置;1996年03期

8 吕汉兴,盛翊智;多声道超声多普勒流量计[J];工业仪表与自动化装置;1997年03期

9 房磊,张焕春,经亚枝;FPGA的配置及接口电路[J];世界电子元器件;2003年11期

10 严成义;测量系统的噪声和干扰[J];仪表技术;1994年05期

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1 周子清;陆品桢;;超声波流量计国内外发展概况[J];自动化仪表;1982年03期

2 翟元送;;携带式超声波流量计[J];机械设计与制造;1985年02期

3 王立华;超声波流量计应用问题浅析[J];中国仪器仪表;1997年03期

4 陈晓燕,韩君,孔昭文,张沈彬;超声波流量计测量精度的修正与探讨[J];内蒙古电力技术;2003年02期

5 韩立立;用VB实现PC机与富士超声波流量计通讯[J];计量技术;2004年11期

6 杨淑银;;超声波流量计的误差分析及修正[J];黑龙江冶金;2004年02期

7 易灵芝,王根平;基于DSP的数字式超声波流量计的设计[J];传感器技术;2005年02期

8 陈书洗,张耀华,钱以诚,冯大中;气体超声波流量计[J];应用声学;1984年03期

9 李逢坤;;CLJ—Ⅱ型智能超声波流量计[J];船艇;1990年02期

10 李立新;超声波流量计在天然气流量计量上的应用[J];工业计量;2003年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 容显政;解禾;黄宇飞;;用于环保的超声波流量计[A];2000电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年

2 李长奇;马晶;;超声波流量计新技术—线性时间放大法[A];第十三届中国科协年会第10分会场-节能减排战略与测控技术发展学术研讨会论文集[C];2011年

3 赵国凌;王安平;;《超声波流量计在工业锅炉热工试验中的应用》[A];第二届中国西部绿色低碳节能减排及可再生能源技术研讨会论文集[C];2010年

4 黄建军;刘存;;改进超声波流量计性能的研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（下）[C];2001年

5 陈静;桑龙;侯媛彬;;一种智能型超声波流量计的研究[A];第十四届全国煤矿自动化学术年会暨中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2004年

6 钱国强;;超声波流量计在轧机乳化液控制中的应用[A];2002热烈庆祝全国化工给排水设计技术中心站成立四十周年技术交流会论文集[C];2002年

7 杨萍;黄向东;杨良煜;;基于DSP的智能流量测量系统的设计[A];第十四届全国煤矿自动化学术年会暨中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2004年

8 李安顺;;超声波技术在煤气流量测量中的应用[A];中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C];2011年

9 葛俊杰;王英民;;多点测量的时差式超声波流量计[A];中国声学学会1999年青年学术会议[CYCA'99]论文集[C];1999年

10 徐立毅;;污水测量中流量计的选型与安装[A];2010江苏省“能源计量与节能减排”论坛论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 大同市热力有限公司 梁文;[N];山西科技报;2003年

2 郭志杰;[N];中国石油报;2006年

3 霍殿中;[N];中国水利报;2003年

4 刘久光;[N];中国石油报;2008年

5 ;[N];民营经济报;2006年

6 记者 罗建东　通讯员 王拥军;[N];中国石油报;2009年

7 记者 吴正懿;[N];上海证券报;2011年

8 ;[N];本溪日报;2008年

9 四川 王珍秀;[N];电子报;2006年

10 四川 王珍秀;[N];电子报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 王雪峰;基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D];大连理工大学;2011年

2 鲍敏;影响气体超声波流量计计量精度的主要因素研究[D];浙江大学;2004年

3 刘永辉;圆管过渡区流速特性的研究[D];山东大学;2011年

4 李跃忠;多声道超声波气体流量测量关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

5 冯旭刚;冶金石灰窑多参数检测与质量控制理论及技术研究[D];合肥工业大学;2011年

6 许立兵;轻型车超低排放测试技术研究[D];浙江大学;2008年

7 罗守南;基于超声多普勒方法的管道流量测量研究[D];清华大学;2004年

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1 何青;基于嵌入式系统的超声波流量计设计[D];武汉理工大学;2005年

2 姜志成;超声波反射装置对超声波流量计内水流特性影响的研究[D];山东大学;2010年

3 程文杰;超声波流量计在输气管道现场运用的研究[D];西南石油大学;2011年

4 李富宁;基于嵌入式超声波流量计的设计[D];西安工程大学;2011年

5 易进平;超声波流量计干标技术研究与工程实现[D];浙江理工大学;2013年

6 赵雪松;单声道超声波流量计的研制[D];中国计量学院;2013年

7 高荣艳;短管式超声波流量计的研究[D];沈阳工业大学;2011年

8 金松日;一种小管径超声波流量计的设计[D];大连理工大学;2013年

9 钱勇;超声波检测技术在长输油管道的应用研究[D];东北石油大学;2013年

10 龚乐;超声波式烟气流速连续监测系统的研究[D];燕山大学;2013年

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