本文關鍵詞：時差法超聲波流量計的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南昌大學》 2007年

基于DSP的時差法超聲波流量計的研究

周兵斌  

【摘要】： 超聲波流量計是一種非接觸式的測量儀表,它以使用方便、高精度等特點在工業(yè)生產、醫(yī)藥、石油、水資源等領域有著廣泛的應用,系統(tǒng)的測量精度是其最關鍵的參數(shù)。 本文首先簡述了超聲波測量技術的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,對比了超聲波流量計與其它流量計的不同,分析了超聲波流量計的多種實現(xiàn)原理,然后給出了一種基于DSP的改進時差法的超聲波流量計方案。在超聲波發(fā)射和接收方面,系統(tǒng)采用了兩個探頭進行發(fā)射和接收的切換,并采用了一種間隙式多脈沖發(fā)射方案;接收并采集數(shù)據后利用軟件插值來提高時間分辨率,再用數(shù)字濾波來調整波形,最后用相關算法進行數(shù)據的相關運算,從而計算出時延得到流速。本文也具體計算出了系統(tǒng)在發(fā)射、采樣和插值等方面的參數(shù)。 系統(tǒng)的硬件組成包括超聲波發(fā)射和接收電路、中央時序控制、數(shù)字信號處理電路以及后端服務電路。軟件部分最主要是CPLD對整個系統(tǒng)時序控制的設計,以及用DSP來實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。本文還采用MATLAB對數(shù)字濾波、相關算法進行了設計仿真。最后本文給出了系統(tǒng)的改進意見。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH814
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-8

第1章 緒論8-18

1.1 超聲波流量測量技術發(fā)展概述8-10

1.1.1 超聲波測量技術發(fā)展歷程8-9

1.1.2 國內外研究情況及現(xiàn)狀9-10

1.2 超聲波流量計與其他流量計的比較10-17

1.2.1 其他常見流量計的特點和用途10-15

1.2.2 超聲波流量計的優(yōu)點和用途15-17

1.3 本課題的研究內容17-18

第2章 超聲波流量計的分類和實現(xiàn)原理介紹18-27

2.1 分類和基本原理18

2.2 傳播時間法18-22

2.3 多普勒(效應)法22-24

2.4 時差法超聲波流量計的基本原理24-27

2.4.1 傳統(tǒng)時差法的缺陷25-26

2.4.2 改進時差法的實現(xiàn)原理和優(yōu)點26-27

第3章 系統(tǒng)的方案設計27-43

3.1 系統(tǒng)基本方案的確立28-31

3.1.1 硬件部分28

3.1.2 軟件部分28-31

3.2 系統(tǒng)方案的時間分辨率31-32

3.3 發(fā)射方案的確定32-33

3.4 采樣及插值參數(shù)的確定33-35

3.5 算法方案設計所涉及到的一些相應理論35-43

3.5.1 相關理論35-37

3.5.2 插值原理37-39

3.5.3 FIR數(shù)字濾波器理論39-43

第4章 系統(tǒng)硬件的具體實現(xiàn)43-79

4.1 系統(tǒng)的硬件整體方案43-44

4.2 前端超聲波發(fā)射、接收電路44-52

4.2.1 前端超聲波發(fā)射電路44-45

4.2.2 前端超聲波接收電路45-52

4.2.3 切換單元電路設計52

4.3 中央時序控制和采集存儲電路部分52-62

4.3.1 采樣電路52-54

4.3.2 高速緩存FIFO器件54-57

4.3.3 全局時序控制器CPLD57-62

4.4 DSP為核心的數(shù)字信號處理部分62-71

4.4.1 復位電路設計62-63

4.4.2 時鐘電路設計63-65

4.4.3 DSP的電源方案65

4.4.4 DSP的存儲空間65-69

4.4.5 DSP的外圍器件接口69

4.4.6 TMS320VC5509和FLASH連接69-71

4.4.7 TMS320VC5509和FIFO連接71

4.5 后端單片機部分71-79

4.5.1 單片機的選型71-72

4.5.2 MCU與DSP通信接口72-73

4.5.3 數(shù)據存儲模塊73

4.5.4 時鐘模塊73-74

4.5.5 液晶顯示模塊(LCD)74-75

4.5.6 電流輸出模塊75-78

4.5.7 串口輸出78-79

第5章 軟件的實現(xiàn)79-96

5.1 CPLD的軟件設計79-84

5.1.1 CPLD開發(fā)流程79

5.1.2 硬件描述語言79-80

5.1.3 Verilog-HDL硬件描述語言的特點80-81

5.1.4 系統(tǒng)中采用的CPLD開發(fā)軟件81-82

5.1.5 系統(tǒng)中CPLD控制功能的實現(xiàn)82-84

5.2 DSP的軟件設計84-96

5.2.1 DSP設計工具介紹84-85

5.2.2 CCS編程語言的介紹85-86

5.2.3 DSP軟件的實現(xiàn)86-96

第6章 總結與展望96-97

6.1 總結96

6.2 進一步工作的方向96-97

致謝97-98

參考文獻98-101

攻讀學位期間的研究成果101

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本文編號：188662