智能乌氏粘度仪液位检测技术与管理单元设计研究

发布时间：2017-09-04 03:13

  本文关键词：智能乌氏粘度仪液位检测技术与管理单元设计研究

  更多相关文章： 智能乌氏粘度仪 STM32F407 光电传感器 改进3σ准则 液位检测 管理单元

【摘要】：粘度测量作为控制生产流程、保证生产安全、控制与评定产品质量、医学诊断及科学研究的重要手段,在石油、化工、医药、建材和轻工等领域中的应用日益广泛。毛细管粘度仪作为目前应用最为广泛的粘度测量仪器,其液位检测技术与管理单元的性能在很大程度上决定了仪器的测量精度及自动化和智能化程度。针对目前国内大部分毛细管粘度仪仍需手动计时、自动化程度受限,而国外粘度仪售价昂贵的现状,本课题提出一款基于“双CPU”架构的重力式毛细管型智能乌氏粘度仪,两片STM32F407分别作为测试系统和温控系统的信息处理核心。本文着重研究智能乌氏粘度仪测试系统中的液位检测技术与管理单元设计。首先,本文介绍粘度测量的背景和意义,为智能乌氏粘度仪提出的必要性提供理论依据。阐述粘度测量方法的发展,并着重介绍乌氏粘度仪的发展,为智能乌氏粘度仪的设计方法奠定理论基础。接着介绍本课题的设计要求,并阐述智能乌氏粘度仪的系统构成及其工作机理。其次,针对本设计中采用的光电液位检测装置,本文提出一种基于改进3σ准则的高精度毛细管粘度仪液位检测算法,并细致的介绍算法的实现方法。对算法的计算量进行分析,并通过仿真和实验方法对算法的抗噪性进行分析。通过实验验证采用该液位检测算法的智能乌氏粘度仪可以获得较高精度的粘度测量结果,测量数据具有较好的重复性。最后介绍基于该算法的液位检测技术的软硬件实现。然后,本文介绍智能乌氏粘度仪管理单元的硬件设计,给出管理单元的硬件架构框图,设计管理单元各个模块电路,包括人机交互模块、数据存储模块、通信模块、打印模块以及电源模块,介绍管理单元的PCB设计流程。最后,本文阐述智能乌氏粘度仪管理单元主程序的工作流程,并采用模块化设计思想实现对管理单元的软件设计,具体包括人机交互模块、数据存储模块、通信模块以及打印模块。实际测试结果表明,基于本文液位检测技术与管理单元设计的智能乌氏粘度仪的粘度测量重复性小于0.1%,优于GB10247-88中0.35%的要求,人机交互性好,便于用户使用。
【关键词】：智能乌氏粘度仪 STM32F407 光电传感器 改进3σ准则 液位检测 管理单元
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH836
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 选题背景和研究意义10-11
• 1.2 粘度基本概念11-12
• 1.3 现有粘度测量方法12-17
• 1.3.1 传统粘度测量方法13-14
• 1.3.2 粘度测量新方法14-15
• 1.3.3 乌氏粘度仪的发展15-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 智能乌氏粘度仪的构成和工作机理19-24
• 2.1 智能乌氏粘度仪的设计要求19
• 2.2 智能乌氏粘度仪的系统构成19-21
• 2.3 智能乌氏粘度仪的工作机理21-24
• 第3章 基于改进3σ准则的粘度仪液位检测新算法24-38
• 3.1 基于光电传感器的粘度仪液位检测方法24-27
• 3.1.1 基于光电传感器的液位检测原理24-26
• 3.1.2 液位检测的时间基准26-27
• 3.2 基于改进3σ准则的液位检测算法27-33
• 3.2.1 液位数据预处理27
• 3.2.2 计时区域起始采样时刻判定27-29
• 3.2.3 计时点确定29
• 3.2.4 算法的抗噪性研究29-33
• 3.3 与现有算法的计算量对比33
• 3.4 实验与分析33-35
• 3.5 基于新算法的粘度仪液位检测技术实现35-38
• 3.5.1 液位检测模块的电路设计35-36
• 3.5.2 液位检测模块的软件设计36-38
• 第4章 智能乌氏粘度仪管理单元硬件设计38-47
• 4.1 智能乌氏粘度仪管理单元硬件架构38
• 4.2 人机交互模块电路设计38-40
• 4.3 数据存储模块电路设计40-41
• 4.4 通信模块电路设计41-43
• 4.4.1 温控系统通信模块电路设计42
• 4.4.2 上位机通信模块电路设计42-43
• 4.5 打印模块电路设计43
• 4.6 电源模块电路设计43-45
• 4.7 管理单元PCB设计45-47
• 第5章 智能乌氏粘度仪管理单元软件设计47-64
• 5.1 管理单元主程序设计47
• 5.2 人机交互模块软件设计47-55
• 5.2.1 人机交互模块软件框架47-50
• 5.2.2 人机交互模块软件实现50-55
• 5.3 数据存储模块软件设计55-56
• 5.4 通信模块软件设计56-61
• 5.4.1 温控系统通信模块软件设计56-59
• 5.4.2 上位机通信模块软件设计59-61
• 5.5 打印模块软件设计61-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-73
• 附录B 攻读硕士学位期间主研的科研项目73-74
• 附录C 智能乌氏粘度仪管理单元原理图74-75
• 附录D 智能乌氏粘度仪实验装置75-76
• 附录E 液位检测算法仿真程序76-80

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本文编号：789003