嵌入式低功耗超声波气体流量计设计

发布时间：2017-05-23 21:07

  本文关键词：嵌入式低功耗超声波气体流量计设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着国民经济快速的发展,西气东输工程的建设,流量测量在实际应用中变得越来越重要。超声波气体流量计以独特的优势在流量计量领域中得到了快速的发展,与传统流量计相比,它没有阻流件,非接触检测、无压力损失、量程比宽、计量精度高等特点,是一种新型流量测量仪器,具有很大的应用前景。本课题是有宁波鹏盛科技发展有限公司投资,通过阅读大量国内外相关文献,比较国内外超声波流量计设计的方案的优缺点,选用了时差法测量原理,研制出具有国内先进水平的超声波气体流量计。首先对超声波气体流量计进行整体的介绍,然后分析了时差法超声波气体流量计的工作原理以及超声波信号检测原理。通过国内外学者对超声波信号传播以及衰减机理进行大量实验研究给出了合适的频率范围,并且对超声波换能器的特性进行了分析,我们选用日本村田制作所所生产的收发一体型超声波换能器。本课题提出了以EFM32G890作为整个系统的微处理器,使用ACAM公司生产高精度时间数字转换芯片TDC-GP22作为计时测量核心,并且实现了以微处理器为核心的硬件电路。系统硬件电路主要包括超声波发射电路、接收放大电路、切换电路、比较电路、液晶显示电路等硬件电路。对于传统信号过零点检测计数,对电路设计要求比较高,而且容易受到干扰信号影响,所以提出了第一波检测法,提高时差法测量的精度。本课题中还有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压力模块、温度模块、第一波检测模块、TDC-GP22计时模块、485通信模块、液晶显示模块等等。程序是采用模块化编程,这样方便调试,能够很好地完成了EFM32G890为核心控制作用。整个系统调试完成后,在宁波鹏盛科技有限公司气体检定室进行检定,实验结果表明,本课题设计的单声道气体超声波流量计工作稳定、精度高,重复性好,性能高,抗干扰性强,能够达到国内外领先水平。
【关键词】：超声波气体流量计 超声波换能器 时差法 EFM32G890 TDC-GP22
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 国内、外研究历史及发展现状9-11
• 1.3 课题选择的依据及主要研究的工作11-12
• 1.4 本课题研究的创新点及难点12-13
• 1.5 本文研究的目的及内容安排13-15
• 1.5.1 本课题研究的主要内容13-14
• 1.5.2 本论文的结构组织安排14-15
• 第二章 超声波气体流量计测量理论研究15-32
• 2.1 时差法超声波流量计的基本原理15-24
• 2.1.1 传统时差法工作原理15-16
• 2.1.2 改进时差法16-17
• 2.1.3 时差法流量计算方程17-24
• 2.2 影响时差法测量精度的因素24-26
• 2.2.1 机械方面24-25
• 2.2.2 电子因素25-26
• 2.2.3 现场环境因素26
• 2.3 超声波换能器介绍26-32
• 2.3.1 超声波换能器的选择26-30
• 2.3.2 换能器的安装方式30-32
• 第三章 超声波气体流量计系统硬件电路设计32-53
• 3.1 系统硬件电路总体设计32-33
• 3.2 超声波换能器驱动电路设计33-38
• 3.2.1 驱动电路总体方案33-35
• 3.2.2 推挽电路介绍35-36
• 3.2.3 高频变压器的设计36-38
• 3.2.3.1、变压器磁芯性能的要求36-37
• 3.2.3.2、绕组匝数的计算37-38
• 3.3 高压隔离电路的设计38-43
• 3.4 原始信号处理电路设计43-48
• 3.4.1 电荷放大器的原理43-44
• 3.4.2 电荷转换电路设计44-46
• 3.4.3 电荷放大器的设计46-48
• 3.4.3.1 电荷放大器的选择46-47
• 3.4.3.2 反馈电容的选择47
• 3.4.3.3 反馈电阻的选择47-48
• 3.5 电荷放大器电路仿真设计48-51
• 3.6 电源电路设计51-53
• 第四章 超声波气体流量计关键技术的分析53-80
• 4.1 高精度时间间隔测量53-66
• 4.1.1 时间间隔测量方法基本原理53-55
• 4.1.2 TDC-GP22工作原理及功能介绍55-58
• 4.1.3 TDC-GP22硬件电路设计58-60
• 4.1.4 TDC-GP22硬件程序设计60-64
• 4.1.5 硬件低功耗设计64-66
• 4.2 回波工作点检测66-80
• 4.2.1 回波信号的放大66-68
• 4.2.2 回波信号的检测68-80
• 4.2.2.1 基于相位的自干涉驱动技术68-71
• 4.2.2.2 第一波检测法71-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 课题研究的总结80-81
• 5.2 课题研究的展望81-82
• 参考文献82-85
• 附录A 单声道超声波气体流量计实物图85-88
• 在学研究成果88

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 兰纯纯;时差法超声波流量计的研究[D];重庆大学;2006年

2 谢静;新型电荷放大器设计[D];西安理工大学;2008年

  本文关键词：嵌入式低功耗超声波气体流量计设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：389108