基于嵌入式系统的超声波流量计设计

发布时间：2017-03-28 07:15

  本文关键词：基于嵌入式系统的超声波流量计设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着国民经济的发展,我国水资源也越来越珍贵,相应的,对水量测量仪器的精度的要求也就越来越高。无论工业生产中还是城市生活用水中,对于水流量的测量,都需要高精度、操作简便、成本低的测量仪器。特别是工业中对一些具有腐蚀性的液体的流量测量,普通的流量计根本无法测量。而超声波流量计采用非接触式测量方法,能解决这类问题。 超声波流量计根据超声波在流动的流体中传播的过程中会有流体的流速信息这一原理,再通过简便、可靠的信号处理方法,把这个流速信息转换成流量信息。超声波流量计与以往传统的流量计相比,具有所要求的费用低,安装简便,不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力等优点,是一种非常理想的节能型流量计。然而,由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表,还有很多地方不完善,没有得到普遍的应用,因而在科学技术迅速发展的今天,非常值得去进行研究,这是本文选题的一大因素。 论文介绍了超声波流量计的测量原理、硬件结构以及相应的软件设计方法。在设计中,为了提高超声波流量计的测量精度和可靠性,需要在设计的时候采用新型的检测控制芯片和新的检测理论。采用嵌入式设计方法。与普通的CPU芯片ARM芯片的处理速度更快,具有更强的数据处理能力。采用数字鉴相技术来测量超声波的传播时间。系统中对数据信号的处理,除了常规的滤波电路外,还采用了自动增益放大电路,来提高信号的可靠性。经过滤波放大后的超声波信号,经过开窗处理,从中选择出合理的一组信号作为检测的有效信号,来进行鉴定相处理,检测时差。对超声波信号的处理电路,数字部分大都集成在Xilinx公司生产的XCR3128的CPLD芯片内部。这样使得大量的系统逻辑电路被集成,减少了分立元件的数量,系统的结构得到简化。分频电路也集成在芯片内部。由于系统的简化,系统的抗干扰能力大为提高,可靠性更强。
【关键词】：超声波流量计 CPLD 嵌入式系统 数字鉴相器 自增益电路
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH814
【目录】：

• 第1章 绪论7-13
• 1.1 研究意义7
• 1.2 相关技术的国内外研究现状7-8
• 1.3 超声波流量计相比与普通传统流量计的优势8-9
• 1.4 超声波流量计的种类及国内外现状9-11
• 1.5 论文研究的目的和主要内容11-13
• 第2章 超声波流量计的相关知识13-19
• 2.1 超声波流量计的发展史13-14
• 2.2 超声波和超声波换能器的基本特性14-15
• 2.3 超声波流量计的主要测量方法15-16
• 2.4 时差式超声波流量计的声学测量原理16-18
• 2.5 嵌入式超声波流量计的测量步骤18
• 2.6 本章小结18-19
• 第3章 超声波流量计的系统总体设计19-23
• 3.1 系统概述19
• 3.2 流最计主机框图19-21
• 3.3 系统主要性能指标预定21-22
• 3.4 超声波流量计的几个关键技术的实现22
• 3.5 本章小结22-23
• 第4章 超声波流量计的硬件构成23-47
• 4.1 ARM嵌入式简介23-24
• 4.2 ARM微处理器的寄存器结构：24-25
• 4.3 S3C4480芯片简介25-29
• 4.4 ARM嵌入式系统的硬件设计29-36
• 4.4.1 电源电路29
• 4.4.2 时序时钟电路29-30
• 4.4.3 复位电路30-31
• 4.4.4 FLASH存储器接口单元31-32
• 4.4.5 SDRAM接口单元32-34
• 4.4.6 RS232串行接口电路34-35
• 4.4.7 JTAG接口电路：35-36
• 4.5 信号处理电路中的放大和滤波电路设计36-38
• 4.6 超声波流量计中自增益控制电路(AGC)的功能及原理38-40
• 4.7 CPLD电路设计40-46
• 4.7.1 CPLD芯片的优势、特点和设计思想40-42
• 4.7.2 CPLD中数字鉴相器的设计42-44
• 4.7.3 分频器的设计44-45
• 4.7.4 开窗技术在CPLD中的实现45-46
• 4.8 超声波流量计中泵升电路功能和原理46
• 4.9 本章小结46-47
• 第5章 超声波流量计的软件系统构成47-63
• 5.1 嵌入式操作系统的简介及特点47-48
• 5.2 嵌入式操作系统的内核运行方式48-50
• 5.3 嵌入式操作系统的进程调度和多进程处理50-51
• 5.4 嵌入式操作系统任务的创建51-52
• 5.5 嵌入式操作系统的启动代码52-54
• 5.6 嵌入式操作系统的异常向量和中断向量54-55
• 5.7 超声波流量计程序设计55-62
• 5.7.1 按键显示程序设计56
• 5.7.2 实时时钟模块程序设计56-57
• 5.7.3 串口通讯程序设计57-58
• 5.7.4 输入输出程序设计58
• 5.7.5 测量模块58-62
• 5.8 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-64
• 参考文献64-66
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 吕国胜;基于ARM的时差法超声波流量计设计[D];大连理工大学;2010年

2 杨震;基于超声波时差法管道流量计积分算法及实验研究[D];西安理工大学;2006年

3 张英;生化分析仪的设计与实现[D];武汉理工大学;2006年

4 文波;基于嵌入式系统的抽油机远程示功仪设计[D];武汉理工大学;2006年

5 李辉;面向管道原油密度测量的超声波飞越时间测量方法研究[D];北京化工大学;2008年

6 顾斌;基于超声波时差法检测液压系统流量计的研制[D];西安科技大学;2009年

7 梁德福;时差法低功耗超声波流量计的设计与实现[D];华东理工大学;2012年

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本文编号：271869