多声道超声波气体流量计信号处理模块设计

发布时间：2017-03-29 08:04

  本文关键词：多声道超声波气体流量计信号处理模块设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 超声波流量计是随着IC技术迅速发展而开始得到实际应用的一种非接触式仪表。在测量气体领域,应用最广泛的测量方法是时差法。时差法超声波流量计是通过测量超声波信号在气体中顺流和逆流传播时间之差来反映流体流速的,它具有运行稳定,非接触测量,计量准确可靠,无压力损失,节约能源等特点,是一种非常理想的节能型流量计,具有很大的应用前景。 本课题是泉州日新流量仪器仪表公司投资,经过大量的调研和分析,对国内外各种超声波流量计进行比较分析,研制出具有先进水平的多声道超声波气体流量计。 首先对超声波流量计进行了整体的介绍,然后分析了时差法超声波流量计的工作原理、超声波信号检测原理,并对超声波传感器的特性进行了介绍,经过分析选择了200KHz的超声波传感器。接着介绍了本课题的总体设计,本课题选择单片机+FPGA方案,单片机对整个系统进行控制和数据采集分析,FPGA主要是进行高精度计时,本课题选用的LPC936单片机内部集成了很多模块,简化了电路设计,同时也提高了系统的稳定性。本课题中选用的FPGA是ALTERA公司CycloneII系列的EP2C5Q208C8,FPGA中高速计时电路模块的设计保证了系统测量的高精度。本课题硬件电路的设计中主要是自动增益控制电路设计,该电路保证了超声波接收信号的稳定性,对后面信号进一步处理起到很重要作用。 本课题中另外一个重要的部分是单片机程序的编写,单片机程序模块主要有超声波信号的发射接收,自动增益控制,与FPGA数据传输,数据分析等等。程序采用模块化编程,方便升级和调试,很好地完成了单片机的核心控制作用。 整个系统调试完成后,在泉州日新流量仪器仪表公司的气体检定室进行检定,实验结果表明,本课题设计的多声道超声波气体流量计工作稳定可靠、测量精度高,综合性能达到了预先设定的设计目标。
【关键词】：超声波 流量计 时差法 自动增益控制 FPGA 单片机
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 流量计发展历史与现状9-10
• 1.2 超声波流量计介绍10-12
• 1.2.1 超声波流量计发展历史与现状10-11
• 1.2.2 超声波流量计的特点11-12
• 1.3 本课题研究内容12-14
• 第二章 超声波气体流量计理论分析14-20
• 2.1 超声波流量计测量原理14
• 2.2 时差法测量原理14-16
• 2.3 超声波传感器16-19
• 2.3.1 超声波简介16-17
• 2.3.2 超声波传感器原理及选择17-19
• 2.4 小结19-20
• 第三章 系统方案与硬件电路设计20-35
• 3.1 系统方案总体设计20-21
• 3.2 自动增益控制电路设计21-27
• 3.2.1 自动增益控制芯片VCA81022-23
• 3.2.2 峰值采样保持电路23-24
• 3.2.3 A/D 采样与D/A 输出24
• 3.2.4 电压调整电路24-27
• 3.3 电压比较器电路设计27-29
• 3.4 单片机电路设计29-34
• 3.4.1 LPC936 主要特性29-30
• 3.4.2 LPC936 各管脚定义30-31
• 3.4.3 LPC936 外围电路设计31-32
• 3.4.4 LPC936 接口电路设计32-34
• 3.5 小结34-35
• 第四章 FPGA 设计35-50
• 4.1 FPGA 介绍35-36
• 4.1.1 FPGA 特点35
• 4.1.2 FPGA 设计流程35-36
• 4.2 FGPA 硬件电路设计36-42
• 4.2.1 FPGA 时钟与电源电路设计36-39
• 4.2.2 FPGA 配置电路设计39-41
• 4.2.3 FPGA 接口部分41-42
• 4.3 FPGA 计数器逻辑实现42-49
• 4.3.1 时钟管理模块43-45
• 4.3.2 计数器模块45-47
• 4.3.3 数据输出模块47-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 单片机软件程序设计50-58
• 5.1 软件总体框图50-51
• 5.2 测量模块设计51-55
• 5.3 与FPGA 数据传输模块设计55-56
• 5.4 串口通信模块设计56
• 5.5 小结56-58
• 第六章 系统测试与数据分析58-69
• 6.1 实验结果及分析58-62
• 6.2 实验数据曲线分析62-67
• 6.2.1 流体流速曲线拟合62-66
• 6.2.2 流体流速精度分析66-67
• 6.3 总结与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72
• 攻硕期间取得的研究成果72-73
• 附录73-74

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 任晓琨;基于NIOSⅡ的便携式超声波流量计测控模块设计[D];电子科技大学;2011年

2 陈磊;超声波技术在钻井液流量测量中的应用研究[D];电子科技大学;2011年

3 沈淑鸿;基于FPGA的SBR法溶解氧（DO）模糊监控系统设计[D];南昌大学;2011年

4 刘凯;基于ADSP-BF531的超声波流量计测控模块设计[D];电子科技大学;2010年

5 陈晔;低功耗超声波热量表的研制[D];电子科技大学;2012年

6 周敏岚;基于WinCE6.0的超声波气体流量计设计[D];南昌大学;2012年

7 张延成;基于FPGA的地面测风系统研究与设计[D];南京理工大学;2013年

  本文关键词：多声道超声波气体流量计信号处理模块设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：273974