基于FPGA和MCU模式的新型超声波明渠流量计设计

发布时间：2017-03-19 09:00

  本文关键词：基于FPGA和MCU模式的新型超声波明渠流量计设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 流量测量在工业生产、农田水利、环境保护、国防事业、交通运输等诸多领域中占有及其重要的地位,对于保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有至关重要的作用。明渠流量测量是流量检测的一个重要分支,广泛应用于城市供水引水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及农业灌溉等场合。这些场合的被测液体大都具有较强的腐蚀性和较多的杂质,而超声波明渠流量计采用非接触法进行测量,因而在这些场合得到大量应用。在目前的市场上,进口超声波明渠流量计价格昂贵,而国产超声波明渠流量计虽然价格低廉,但一般技术水平较低,在产品功能、测量精度和可靠性等方面和进口产品还有差距。 为了设计出一种功能完善、精度和性价比较高的超声波明渠流量计产品,本论文课题将FPGA(Field Programmable Gate Arrays,现场可编程门阵列)技术引入超声波明渠流量计设计,提出了一种全新的基于FPGA和MCU模式的设计方案。系统以常用的8位增强型微控制器(MCU)为核心,充分发挥FPGA运行速度快、内部资源丰富的优势,将其用于超声波信号处理,能够显著提高计时精度,并实现一些抗干扰逻辑设计;系统不仅实现了流量测量的基本功能,也设计了显示、键盘、串行通信、电流环输出和继电器输出等完备的功能,能够满足绝大多数应用场合的需要;在设计中,我们也兼顾了系统性能和器件成本的关系,有效地控制和降低了整套仪表的成本。从而圆满完成了论文课题的设计任务。 本学位论文各章节内容安排如下:首先是前言,介绍本课题的项目背景、课题的目的和意义;第一章流量测量概述。第二章介绍系统的总体方案设计。第三章为系统硬件设计,详细介绍主仪器和变送器系统硬件的设计思路和设计方案,第四章为系统软件设计。介绍了变送器和主仪器系统软件的总体设计。第五章为系统的开发与调试,简要地介绍了本系统所采用的开发、调试工具。
【关键词】：超声 明渠流量计 现场可编程门阵列
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH814
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-8
• 前言8-9
• 第一章 流量测量基础9-16
• 1.1 流量测量的一些基本概念9-10
• 1.2 明渠流量测量10-14
• 1.2.1 明渠的定义10
• 1.2.2 明渠流量计类型10-14
• 1.3 超声波明渠流量计14-16
• 1.3.1 超声回波测距14
• 1.3.2 超声波液位计14-15
• 1.3.3 超声波明渠流量计15-16
• 第二章 系统总体方案设计16-23
• 2.1 系统基本功能及技术指标16
• 2.2 系统总体结构初步设计16-17
• 2.3 FPGA 技术在系统设计中的应用17-18
• 2.4 可编程逻辑器件18
• 2.5 可编程逻辑器件的分类18-19
• 2.6 FPGA 的结构和工作原理19-20
• 2.7 FPGA 芯片选型20-21
• 2.8 若干关键问题的确定21-23
• 第三章 系统硬件部分设计23-46
• 3.1 系统硬件设计概述23-24
• 3.2 变送器硬件设计24-35
• 3.2.1 中央处理器选型24-25
• 3.2.2 FPGA 的应用25-26
• 3.2.3 FPGA 内部逻辑电路设计26-29
• 3.2.3.1 FPGA 内部逻辑电路设计26-28
• 3.2.3.2 FPGA 内部逻辑电路设计方法28-29
• 3.2.4 超声波收发电路设计29-31
• 3.2.5 通信电路设计31-33
• 3.2.6 看门狗电路设计33-34
• 3.2.7 电源电路设计34-35
• 3.3 主仪器硬件设计35-44
• 3.3.1 显示电路设计35-36
• 3.3.2 键盘扫描电路的设计36-37
• 3.3.3 通信电路设计37-39
• 3.3.4 电流环输出电路设计39-41
• 3.3.5 实时时钟、看门狗和存储器设计41-43
• 3.3.6 电源电路设计43-44
• 3.4 印刷电路设计中的抗干扰措施44-46
• 3.4.1 电源和地线抗干扰设计44
• 3.4.2 其它抗干扰措施44-46
• 第四章 系统软件部分设计46-59
• 4.1 变送器软件设计46-49
• 4.1.1 系统初始化模块设计46-48
• 4.1.2 数据处理算法的设计48
• 4.1.3 串行通信模块的设计48-49
• 4.2 主仪器软件设计49-58
• 4.2.1 初始化模块的设计51-53
• 4.2.2 显示模块的设计53-54
• 4.2.3 用查表计算法提高仪表的适用性54
• 4.2.4 FM31256 的控制编程54-57
• 4.2.4.1 FM31256 访问概述54-55
• 4.2.4.2 访问FM31256存储器55
• 4.2.4.3 访问实时时钟及看门狗55-56
• 4.2.4.4 数据存取56-57
• 4.2.5 电流环输出模块设计57-58
• 4.3 C51 语言58-59
• 第五章 系统的开发与调试59-63
• 5.1 S51 单片机开发系统59-60
• 5.2 MAX+PLUS II 集成开发环境60
• 5.3 FLEX10K 系列器件的配置与下载60-63
• 结束语63-64
• 参考文献64-65
• 致谢65-66
• 作者在攻读硕士期间发表的论文66

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