基于MSP430的低功耗数字涡街流量计研究

发布时间：2017-06-01 21:04

  本文关键词：基于MSP430的低功耗数字涡街流量计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 涡街流量计因其介质适应性强、可靠性高、压力损失小、量程比宽等优点,在许多行业中得到了广泛应用。但涡街流量计还存在一些问题,特别是在低流速、小流量的情况下,涡街流量计受到多种干扰噪声的影响,其涡街信号的信噪比很低,难以实现精确测量,导致涡街流量计在实际应用中测量下限比较高,模拟涡街的量程比只有1:10,与1:100的理论量程比要相差很多。邢娟和段瑞峰研究成功的基于MSP430单片机和DSP双核处理系统的脉冲输出型数字涡街流量计虽然可有效扩展测量下限,但由于采用双核结构,功耗高。本课题基于MSP430单片机单核结构对数字涡街进一步深入研究,在保证测量精度与实时性地基础上降低了系统整体功耗,实现了4～20mA两线制模拟量输出。 针对水蒸汽质量流量测量,本课题采用了IAPWS-IF97公式对水蒸汽的流量测量进行密度补偿,克服了传统水蒸汽密度补偿方法不能适应工况大范围变化或不能满足精度要求的缺陷,提高了测量的精度。使涡街流量计适用于水蒸汽质量流量的测量,拓宽了涡街流量计的适用范围。 本课题设计的基于MSP430单片机的数字涡街流量计是致力于推向市场的产品。因此在设计方面本着低功耗、集成化的原则在功能上力求完善。针对工业现场可能出现的各种复杂干扰,本着可靠性原则,采用了电源监控、看门狗、软件滤波等软硬件措施。针对在许多化工工业过程中需要测量的一些易燃易爆的工艺介质,为保证系统的安全性,重点设计保护电路,实现电路的三重保护,达到本质安全型防爆要求。 该数字涡街系统在天津大学水流量实验装置和音速喷嘴装置上进行了实验,结果表明该系统在提高精度的同时,降低了测量下限,最终扩展了量程比。DN25水实验量程比可达1:27,DN25气体实验量程比可达1:40。 本课题研究在天津大学流量实验室研究基础上,设计一款测量精度高、系统功耗低、响应速度快、测量介质广、各种功能完善、可靠性高、本质安全的数字涡街流量计。
【关键词】：涡街流量计 低功耗 蒸汽测量 MSP430
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH814
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 涡街流量计概述9
• 1.2 研究现状9-12
• 1.2.1 对漩涡发生体的研究10-11
• 1.2.2 对涡街信号检测方法的研究11
• 1.2.3 对涡街信号处理系统的研究11-12
• 1.3 课题的提出与意义12-14
• 1.4 课题研究的主要内容及创新点14-16
• 1.4.1 研究目的和内容14-15
• 1.4.2 课题创新点15-16
• 第二章 涡街流量计原理与算法研究16-21
• 2.1 涡街流量计的工作原理16-17
• 2.2 功率谱原理17-18
• 2.3 水蒸汽密度补偿18-21
• 第三章 基于MSP430 数字涡街流量计的硬件设计21-37
• 3.1 基于MSP430 数字涡街流量计的整体方案设计21-22
• 3.2 温度测量电路22-24
• 3.3 压力测量电路24-26
• 3.4 主控芯片及外围电路26-30
• 3.4.1 液晶显示单元27-28
• 3.4.2 日历／时间／掉电保护单元28-29
• 3.4.3 串口通讯模块29-30
• 3.5 EMC 抗干扰设计30-32
• 3.5.1 系统干扰成因分析30-31
• 3.5.2 抗干扰设计31-32
• 3.6 本质安全型防爆32-37
• 3.6.1 本质安全防爆技术的原理32
• 3.6.2 本质安全防爆设计32-37
• 第四章 数字涡街流量计低功耗研究37-44
• 4.1 低功耗的意义37-39
• 4.1.1 压流转换芯片的低功耗要求37-39
• 4.1.2 电池供电的低功耗要求39
• 4.2 系统低功耗设计39-43
• 4.2.1 芯片的合理选型39-42
• 4.2.2 降低系统工作频率42
• 4.2.3 切换各模块的开关状态42-43
• 4.2.4 减小负载43
• 4.3 低功耗设计总结43-44
• 第五章 基于MSP430 数字涡街流量计的软件设计44-52
• 5.1 主程序设计44-46
• 5.1.1 程序设计思路44
• 5.1.2 主程序流程图44-46
• 5.2 软件主要模块46-50
• 5.2.1 初始化模块46-47
• 5.2.2 频率计算模块47-48
• 5.2.3 流量计算与补偿模块48-49
• 5.2.4 掉电保护与参数保存模块49-50
• 5.3 软件运行可靠性及抗干扰50-52
• 5.3.1 数据采集的抗干扰设计50-51
• 5.3.2 单片机运行过程中的软件抗干扰51-52
• 第六章 数字涡街流量计的实验测试52-60
• 6.1 水实验装置简介52-53
• 6.2 水实验及其分析53-55
• 6.2.1 DN25 水实验及结果分析53-55
• 6.2.2 非线性修正后DN25 水实验55
• 6.3 临界流喷嘴气体流量标准装置简介55-57
• 6.4 气体实验与数据分析57-59
• 6.5 实验总结59-60
• 第七章 总结与建议60-62
• 7.1 总结60-61
• 7.2 建议61-62
• 参考文献62-66
• 发表论文和科研情况说明66-67
• 致谢67

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6 余t

本文编号：413462