一种超声波工业水表的研制

发布时间：2017-04-10 22:13

  本文关键词：一种超声波工业水表的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来，随着国民经济的快速发展，人们对大管径、高流速的流量测量设备需求迫切。为了满足工业生产的需要，超声波流量计得到了广泛应用。它利用超声波在流体中传播时所载的流体流速信息来测量流体流量，具有非接触、无压损、精度高、造价低以及结构简单、测量范围宽等特点，特别适合临时管道、大口径管道的流量测量。本文在吸收和借鉴国内外先进设计经验的基础上，采用传播时间差法，研制了一种基于MSP430单片机的超声波工业水表，实现了对流量的精确测量。 本文深入研究了时差法超声波流量测量技术的基本原理，对影响测量精度的主要因素进行了客观分析，提出了提高仪表稳定性和测量精度的技术措施：使用CPLD设计精确的计时电路，提高时间测量的准确性；采用信号范围门控制技术，屏蔽系统噪声干扰；采用动态阈值电压比较和脉宽检测技术，提高信号检测的准确性；采用软件纠错和数字滤波技术，提高系统地稳定性和抗干扰能力。 该仪表以单片机MSP430F149为系统核心，控制系统工作时序和外围模块，并负责处理流量数据；以CPLD—XC2C128为数字电路系统模块，完成超声波发射脉冲的调制、超声波传播时间的精确计时、信号有效性的检测等任务。在此基础上，本文还设计了流量计系统的滤波、放大、比较电路及其它外围电路模块，，完成了线路板的设计、制作和调试。使用C语言和Verilog HDL分别编写了单片机和CPLD的系统软件。为实现对流量的实时监控，本文还使用VC++编写了上位机通信程序。 现场实验表明，该表运行稳定，测量数据具有较好的重复性，基本达到了设计要求，为今后开发高性能超声波流量计奠定了基础。
【关键词】：超声波流量计 传播时间差法 MSP430 动态阈值
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 流量计的发展概况9-10
• 1.2 超声波流量计的发展概况10-11
• 1.3 超声波流量计的特点及分类11-14
• 1.3.1 超声波流量计的特点11
• 1.3.2 超声波流量计的分类11-14
• 1.4 论文背景与研究内容14-16
• 2 超声波流量计的基本原理及关键技术16-30
• 2.1 超声波及超声波换能器概述16-18
• 2.1.1 超声波16
• 2.1.2 超声波换能器16-18
• 2.2 时差法超声波流量计的检测原理18-20
• 2.2.1 时差法超声波流量计的基本原理18-19
• 2.2.2 时差法超声波流量计原理的改进19-20
• 2.3 影响超声波流量计测量精度的主要因素20-24
• 2.3.1 设备因素20-21
• 2.3.2 流场因素21-23
• 2.3.3 噪声因素23-24
• 2.4 提高测量精度的主要措施24-28
• 2.4.1 精确的计时电路25
• 2.4.2 信号范围门控制25-26
• 2.4.3 动态阈值电压比较26
• 2.4.4 脉冲宽度检测26-27
• 2.4.5 软件纠错技术27
• 2.4.6 数字滤波技术27-28
• 2.5 技术措施的初步应用28-30
• 3 系统硬件电路设计30-53
• 3.1 系统方案30-31
• 3.2 硬件电路31-50
• 3.2.1 单片机电路31-34
• 3.2.2 CPLD电路34-36
• 3.2.3 超声波换能器的选择36-37
• 3.2.4 超声波信号驱动电路37-38
• 3.2.5 超声波信号接收电路38-42
• 3.2.6 电压比较电路42-43
• 3.2.7 电源电路43-45
• 3.2.8 数据存储电路45-47
• 3.2.9 RS-232通信电路47-49
• 3.2.10 实时时钟电路49-50
• 3.3 硬件抗干扰措施50-53
• 4 系统软件设计53-68
• 4.1 CPLD软件设计53-59
• 4.1.1 Verilog硬件描述语言53-54
• 4.1.2 ISE开发环境54-57
• 4.1.3 软件模块设计与仿真57-59
• 4.2 单片机软件设计59-64
• 4.2.1 软件开发环境59-61
• 4.2.2 软件的主要模块61-64
• 4.3 上位机软件设计64-67
• 4.3.1 软件功能64-65
• 4.3.2 软件实现65-67
• 4.4 软件抗干扰设计67-68
• 5 现场测试与误差分析68-73
• 5.1 误差与重复性68-69
• 5.1.1 误差68-69
• 5.1.2 重复性69
• 5.2 现场测试69-70
• 5.2.1 测试条件69-70
• 5.2.2 测试结果70
• 5.3 误差分析70-73
• 结论73-74
• 参考文献74-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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