本文關(guān)鍵詞：礦用超聲波流量計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 超聲波流量計(jì) EFM32 TDC-GP22 時(shí)差法 低功耗

【摘要】：超聲波束以固定角度發(fā)射一束超聲波到流動(dòng)的流體中,聲波束傳播過程中會(huì)加載上流體流速的信息,通過簡(jiǎn)單、可靠的信號(hào)處理方法,得到速度信息進(jìn)而轉(zhuǎn)換成可見的流量信息,這就是超聲波流量計(jì)的工作原理。相比較當(dāng)前傳統(tǒng)流量計(jì)而言,超聲波流量計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、量程比寬、無壓損、無可動(dòng)部件、安裝使用費(fèi)低等諸多優(yōu)勢(shì)。隨著電子技術(shù)及傳感器技術(shù)的高速發(fā)展,超聲波氣體流量計(jì)性能逐步提高,應(yīng)用場(chǎng)合逐漸增多,理論研究也日趨完善,逐步走向?qū)嵱没蛷V泛化。煤礦井下開采過程中,瓦斯抽采監(jiān)測(cè)計(jì)量系統(tǒng)至關(guān)重要,保證充分利用能源資源的同時(shí)防范瓦斯爆炸事故的發(fā)生。本文對(duì)流量測(cè)量原理、低壓驅(qū)動(dòng)換能器、信號(hào)接收發(fā)送、系統(tǒng)功耗等方面進(jìn)行了研究,提出相關(guān)硬件測(cè)量電路的具體實(shí)現(xiàn)方法,給出了一種以超低功耗單片機(jī)EFM32和高精度時(shí)間測(cè)量芯片TDC-GP22為核心元件的礦用超聲波流量計(jì)方案。首先,本文以國(guó)內(nèi)外超聲波氣體流量計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)為基礎(chǔ),討論了流量計(jì)的研究背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,簡(jiǎn)要介紹了多種超聲波氣體測(cè)量技術(shù),重點(diǎn)闡述時(shí)差法流量測(cè)量原理,分析影響測(cè)量精度的因素并給出優(yōu)化方案。在此理論的基礎(chǔ)上,本文以EFM32為核心元件,分別從換能器選擇、基于時(shí)差法的測(cè)量電路以及功能模塊電路三部分進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì),詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)思路以及給出相關(guān)硬件電路原理圖。軟件設(shè)計(jì)方面,項(xiàng)目采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括流量測(cè)量模塊、系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、人機(jī)交互模塊以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊等。每個(gè)模塊詳細(xì)闡明了思路和給出相關(guān)流程圖,以及關(guān)鍵的協(xié)議或程序�？紤]到工業(yè)應(yīng)用中對(duì)流量計(jì)的高精確度和低功耗要求,因此本文從機(jī)械安裝方面和軟、硬件方面著手,分析了影響超聲波流量計(jì)測(cè)量精度和功耗的因素,并提出了相關(guān)優(yōu)化方案。最后樣機(jī)通過音速噴嘴氣體流量標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。結(jié)果表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,測(cè)量精度高,功耗極低,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,市場(chǎng)前景廣闊,有望于推廣使用。
【關(guān)鍵詞】：超聲波流量計(jì) EFM32 TDC-GP22 時(shí)差法 低功耗
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH814.92
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 流量計(jì)的研究背景12-13
• 1.2 流量計(jì)分類及特點(diǎn)13-15
• 1.3 超聲波流量計(jì)的發(fā)展過程以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀15-17
• 1.4 論文研究目的和意義17
• 1.5 論文研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 超聲波流量計(jì)測(cè)量技術(shù)研究19-26
• 2.1 超聲波流量測(cè)量方法19-21
• 2.1.1 傳播速度差法工作原理19-20
• 2.1.2 多普勒法工作原理20
• 2.1.3 波束偏移法工作原理20-21
• 2.1.4 噪聲法工作原理21
• 2.1.5 相關(guān)法工作原理21
• 2.2 基于時(shí)差法的測(cè)量算法研究21-23
• 2.3 影響時(shí)差法流量測(cè)量的因素分析23-26
• 2.3.1 管段幾何參數(shù)及安裝方式的影響24
• 2.3.2 管道流場(chǎng)狀態(tài)的影響24-25
• 2.3.3 信號(hào)處理方式的影響25-26
• 第三章 超聲波流量計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)26-41
• 3.1 系統(tǒng)總體方案26-27
• 3.2 超聲波換能器選擇27-28
• 3.3 基于時(shí)差法的測(cè)量電路設(shè)計(jì)28-32
• 3.3.1 前端信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路29-31
• 3.3.2 后端信號(hào)處理電路31-32
• 3.4 功能模塊電路設(shè)計(jì)32-41
• 3.4.1 溫度測(cè)量模塊電路32-33
• 3.4.2 壓力測(cè)量模塊電路33-35
• 3.4.3 人機(jī)交互模塊電路35
• 3.4.4 RS485總線接口電路35-36
• 3.4.5 信息持久化存儲(chǔ)電路36-37
• 3.4.6 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)37-39
• 3.4.7 GPRS DTU硬件電路設(shè)計(jì)39-41
• 第四章 超聲波流量計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41-55
• 4.1 軟件總體設(shè)計(jì)41-43
• 4.1.1 模塊化設(shè)計(jì)41-42
• 4.1.2 主程序控制流程圖42-43
• 4.2 流量測(cè)量模塊軟件設(shè)計(jì)43-45
• 4.3 功能模塊軟件設(shè)計(jì)45-55
• 4.3.1 初始化模塊45
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集和處理模塊45-47
• 4.3.3 人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)47-49
• 4.3.4 串口通訊設(shè)計(jì)49-51
• 4.3.5 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸51-55
• 第五章 流量計(jì)性能優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析55-64
• 5.1 超聲波流量計(jì)性能優(yōu)化55-58
• 5.1.1 低功耗優(yōu)化措施55-56
• 5.1.2 高精度測(cè)量?jī)?yōu)化措施56-58
• 5.2 超聲波流量計(jì)的計(jì)量要求58
• 5.3 超聲波流量計(jì)性能測(cè)試58-63
• 5.3.1 儀表性能參數(shù)及指標(biāo)58-60
• 5.3.2 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介60-62
• 5.3.3 系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試62-63
• 5.4 功耗測(cè)試試驗(yàn)63-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果69-70
• 致謝70

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