多普勒流速測量為現(xiàn)今最常用的流速測量方法之一,其應(yīng)用越來越廣泛。為了加快多普勒流速計(jì)算速度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及確保數(shù)據(jù)的實(shí)時性,本文提出了基于EtherCAT通信技術(shù)和FPGA技術(shù)的多普勒測速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。為減少回波誤差、增加信號發(fā)射能量,有效降低水中超聲波的能量耗散對信號提取的影響,將二相調(diào)制信號作為發(fā)射信號,即利用M碼對數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行二相調(diào)制。本文采用5級M序列對正弦波進(jìn)行二相調(diào)制,發(fā)射信號的中心頻率為2MHz。文中利用EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時數(shù)據(jù)交換技術(shù),保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時高效率傳輸。同時以FPGA為控制芯片搭建硬件電路,利用控制芯片內(nèi)有豐富的IP核資源,最大化地精簡硬件電路,降低了設(shè)計(jì)難度。本文首先介紹并回顧了國內(nèi)外超聲波流速儀的發(fā)展概況,目前利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行流速測量已經(jīng)成為現(xiàn)今測流方法的趨勢之一。概述中闡述了多普勒測流的基本原理,由于本文設(shè)計(jì)的流速儀主要應(yīng)用于海岸和近海工程實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,所以采用相干測流方法,并在此基礎(chǔ)上,利用時域相位估計(jì)復(fù)自相關(guān)算法作為本文的回波處理算法,從而減少計(jì)算量、提高計(jì)算精度。選用XC5VLX85芯片作為控制芯片。在發(fā)射電路... 

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景、目的及意義
    1.2 國內(nèi)和國外研究近況及發(fā)展動態(tài)分析
        1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析
    1.3 多普勒測速原理及現(xiàn)有測頻方法分析與比較
        1.3.1 多普勒測速原理
        1.3.2 相干測流方法
    1.4 論文研究內(nèi)容與章節(jié)安排
2 測流方法、傳輸和信號生成的各原理介紹
    2.1 復(fù)自相關(guān)脈沖回波處理技術(shù)
        2.1.1 復(fù)自相關(guān)算法
        2.1.2 復(fù)自相關(guān)算法頻率估計(jì)
    2.2 EtherCAT通信原理
        2.2.1 EtherCAT整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
        2.2.2 EtherCAT通信過程
    2.3 數(shù)字頻率合成技術(shù)
        2.3.1 DDS的工作原理
        2.3.2 DDS性能
    2.4 本章小結(jié)
3 硬件設(shè)計(jì)
    3.1 中央處理器模塊設(shè)計(jì)
        3.1.1 控制芯片的選擇
        3.1.2 時鐘電路設(shè)計(jì)
    3.2 發(fā)射驅(qū)動電路設(shè)計(jì)
        3.2.1 D/A電路設(shè)計(jì)
        3.2.2 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)
    3.3 信號接收電路
        3.3.1 回波放大電路
        3.3.2 接收濾波電路
        3.3.3 A/D電路設(shè)計(jì)
    3.4 換能器設(shè)計(jì)
        3.4.1 材料選擇
        3.4.2 壓電換能器設(shè)計(jì)
    3.5 EtherCAT接口設(shè)計(jì)
    3.6 本章小結(jié)
4 軟件設(shè)計(jì)
    4.1 發(fā)射信號的選擇與生成
        4.1.1 信號的選擇
        4.1.2 M序列的產(chǎn)生
        4.1.3 信號的生成
    4.2 接收信號分析
    4.3 本章小結(jié)
5 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果
    5.1 D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換加無源濾波性能測試
    5.2 運(yùn)放性能測試
    5.3 回波信號處理
        5.3.1 回波放大電路測試
        5.3.2 帶通濾波性能測試
    5.4 接口電路性能測試
    5.5 整體實(shí)驗(yàn)仿真
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號：3666550