高精度超声波液位测量系统的设计与实现

发布时间：2017-05-05 10:09

  本文关键词：高精度超声波液位测量系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液位测量系统广泛应用于化工、石油等行业。随着工业自动化的快速发展，工业现场对液位测量的精度和反应速度的要求也日趋增加，实现智能化、实时准确、无接触的测量是当前液位测量技术的发展趋势。非接触式的超声波液位测量系统，有着更强的适应性和优越性。 通过对现有测量技术的比较和工业现场使用液位测量系统实际情况的分析，本课题设计了一种基于MSP430F149单片机的高精度低功耗的超声波液位测量系统。课题实现了系统的整体设计以及系统的PCB电磁兼容仿真和优化，并对后期测量数据进行了分析、处理。实验表明，在环境温度为25C的空旷实验室内，该系统测量范围为20cm～1500cm，测量精确度可达2mm。本系统有更高的精确度，并且有较高的可靠性和实用性，，可以更好的满足各种工业现场的需求。 本课题设计的主要研究内容包括以下几方面： 首先，设计了超声波液位测量系统的硬件电路，主要包括电源模块、4-20mA数据传输模块和超声波数据采集模块。其中，接收模块电路的设计，对系统精确度的提升起到了关键作用；综合考虑使用情况，设计了两种测量数据的传输方式。模块设计完成后，通过设计、生产并制成PCB，然后完成了整个系统的硬件焊接和调试。 其次，分析了印制电路板的电磁兼容性相关原理，并使用Ansoft Designer软件对超声波液位测量系统的PCB板做了电磁兼容性的相关仿真和分析，然后通过仿真结果的分析，对系统PCB布局、布线进行优化。 最后，进行了实验室条件下的大量测量，并对测试结果进行了分析。然后对影响本系统测量精度的因素和干扰进行了分析并给出了相应的改进方案，并分析了限幅滤波、消抖滤波和递推平均滤波相结合的数字滤波算法。
【关键词】：液位测量 电磁兼容 MSP430 Ansoft Designer 超声波
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH816.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• §1-1 课题研究的背景意义9
• §1-2 液位测量技术的发展现状9-12
• 1-2-1 接触式液位测量系统10-11
• 1-2-2 非接触式液位测量系统11-12
• §1-3 液位测量系统的发展前景12-13
• §1-4 本课题主要工作内容13-14
• 第二章 超声波测量的基本原理介绍14-19
• §2-1 超声波的相关介绍14-17
• 2-1-1 超声波的应用特性与应用背景14-16
• 2-1-2 超声波测量的基本原理16
• 2-1-3 超声波在测量方面的优越性16-17
• §2-2 换能器的工作原理17-18
• §2-3 本章小结18-19
• 第三章 超声波液位测量系统的整体设计19-33
• §3-1 系统低功耗设计20
• §3-2 系统电源模块设计20-21
• §3-3 测量系统信息采集模块21-26
• 3-3-1 超声波发射模块22
• 3-3-2 超声波接收电路22-24
• 3-3-3 温度补偿模块24-25
• 3-3-4 IIC 通信协议介绍25-26
• §3-4 数据存储模块26-27
• §3-5 系统人机交互界面27-28
• §3-6 通讯接口模块28-31
• 3-6-1 4-20mA 电流传输模块28-30
• 3-6-2 433M 无线通信模块30-31
• §3-7 硬件电路设计平台--ADS31-32
• §3-8 本章小结32-33
• 第四章 超声波液位测量系统的电磁兼容设计33-51
• §4-1 电磁兼容核心技术介绍34-35
• §4-2 PCB 设计中的电磁兼容性分析35-39
• 4-2-1 PCB 设计中电磁干扰源分析36-37
• 4-2-2 电磁干扰传播方式37
• 4-2-3 PCB 附近电磁场分析37-39
• §4-3 EMI 对系统 PCB 电磁兼容性影响的仿真与分析39-45
• 4-3-1 仿真软件平台介绍39
• 4-3-2 PCB 电磁兼容仿真流程39-40
• 4-3-3 超声波液位测量系统的 PCB 电磁兼容仿真分析具体过程40-45
• 4-3-4 仿真结果分析45
• §4-4 PCB 的 EMC 优化设计45-46
• §4-5 PCB 优化设计后的 EMC 仿真46-50
• §4-6 本章小结50-51
• 第五章 系统误差分析、解决办法及测试结果51-62
• §5-1 导致系统误差原因分析51-52
• §5-2 减小误差和提高精确度的设计方法52-59
• 5-2-1 针对渡越时间误差的系统设计52-54
• 5-2-2 针对随机误差的系统设计54-59
• §5-3 系统测试结果及分析59-61
• §5-4 本章小结61-62
• 第六章 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李欣蔚;;油罐多参数测量技术的现状及发展趋势[J];中国储运;2011年06期

2 王晓;姚民;;控制系统的电磁兼容设计[J];弹箭与制导学报;2007年01期

3 袁波,杨衍明;高精度测量中选频网络及超声信号的放大电路[J];电子技术;1997年04期

4 刘新颜;接收机散热及电磁兼容设计[J];电子机械工程;2002年01期

5 邵兵，张悟铭，周性尧;压电质量传感及其应用[J];分析科学学报;1994年01期

6 谢华锟;第八届中国国际机床展览会量仪展品述评——数字化测量技术 先进制造技术基础[J];工具技术;2003年07期

7 生建友;抗干扰通信设备的电磁兼容性和热设计[J];舰船电子对抗;2002年01期

8 陈文英;陈玲;;海用雷达技术及其进展[J];舰船电子对抗;2008年04期

9 王翠珍,唐金元;双T网络滤波器在电子仪器中的应用[J];计量与测试技术;2005年04期

10 张超;杨志义;马峻岩;;限幅滤波算法在WSN数据预处理中的应用[J];科学技术与工程;2011年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 董迪晶;超声波液位传感器的开发[D];天津大学;2008年

2 朱江;超声波液位仪设计与精确度的研究[D];吉林大学;2009年

  本文关键词：高精度超声波液位测量系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：346140