本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的時(shí)差法超聲波氣體流量計(jì)的研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 最近十幾年以來,隨著高速數(shù)字信號(hào)的處理技術(shù)與微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展,隨著新型探頭材料與工藝的研究,隨著聲道配置及流體動(dòng)力學(xué)的研究,超聲波流量測(cè)量技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,并且成為一種重要的流量測(cè)量技術(shù)。超聲波流量測(cè)量技術(shù)也開始被應(yīng)用于天然氣流量檢測(cè),于是產(chǎn)生了一種新興的氣體流量?jī)x表—超聲波氣體流量計(jì)。超聲波氣體流量計(jì)具有測(cè)量精度高、體積小、能耗低、無壓力損失、壽命長(zhǎng)以及安裝使用方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。 本論文采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì)了一種時(shí)差法超聲波氣體流量計(jì)。系統(tǒng)硬件電路為單片機(jī)+FPGA結(jié)構(gòu),它擺脫了采用傳統(tǒng)分離器件設(shè)計(jì)的不易更改性和不穩(wěn)定性,提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定度,同時(shí)利用FPGA的可編程特性,很高的工作頻率以及豐富的內(nèi)部資源設(shè)計(jì)了包括高速計(jì)數(shù)器在內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理模塊,結(jié)合其它一些措施,達(dá)到了對(duì)氣體流量進(jìn)行高精度測(cè)量的目的。主要工作及創(chuàng)新有: 1)研究了各種超聲波流量計(jì)特別是時(shí)差法超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理,對(duì)超聲波在流體中的傳播特性及超聲波換能器進(jìn)行了較深入的研究;通過利用有限元方法和ANSYS軟件開展有限元分析,并且根據(jù)流體力學(xué)及物理學(xué)的有關(guān)知識(shí),對(duì)超聲波流量計(jì)算公式進(jìn)行了修正,并給出了不同情況下流量修正系數(shù)的計(jì)算公式; 2)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了研究,包括FPGA的硬件設(shè)計(jì),關(guān)鍵功能模塊描述,完成了單片機(jī)的硬件電路的設(shè)計(jì),調(diào)試; 3)本文給出了軟件相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖,關(guān)鍵部分的總體流程圖; 4)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并且對(duì)影響流體流量測(cè)量的各種因素進(jìn)行了仔細(xì)的分析、研究。
【關(guān)鍵詞】：超聲波流量計(jì) 時(shí)差法 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA) 微控制器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH814
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 超聲波流量計(jì)的發(fā)展和現(xiàn)狀11-12
• 1.3 超聲波流量計(jì)的分類12-16
• 1.3.1 傳播時(shí)差法12-13
• 1.3.2 多普勒法13
• 1.3.3 相關(guān)法13-14
• 1.3.4 噪聲法14
• 1.3.5 波束偏移法14-15
• 1.3.6 卡門渦旋法15-16
• 1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第二章 時(shí)差法超聲波流量計(jì)的理論研究17-28
• 2.1 時(shí)差法測(cè)量原理17-18
• 2.2 流量計(jì)算方程的優(yōu)化18-23
• 2.2.1 利用有限元方法和ANSYS 軟件開展有限元分析18-23
• 2.2.2 流速分布修正系數(shù)23
• 2.3 超聲波換能器23-28
• 2.3.1 超聲波換能器的結(jié)構(gòu)和工作原理23-25
• 2.3.2 超聲波換能器的選擇25-26
• 2.3.3 換能器的安裝26-28
• 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)28-46
• 3.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)28-30
• 3.1.1 超聲波流量計(jì)的總體結(jié)構(gòu)28-29
• 3.1.2 系統(tǒng)工作原理及流程29-30
• 3.2 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計(jì)30-43
• 3.2.1 微控制器模塊30-31
• 3.2.2 超聲波發(fā)射模塊31-33
• 3.2.3 超聲波接收及后續(xù)處理模塊33-39
• 3.2.4 發(fā)射/接收切換電路39
• 3.2.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊39-41
• 3.2.6 液晶顯示模塊41-42
• 3.2.7 鍵盤模塊42
• 3.2.8 電源模塊42-43
• 3.3 印刷電路板的設(shè)計(jì)43-46
• 第四章 基于FPGA 的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-58
• 4.1 FPGA 和CPLD 技術(shù)46-50
• 4.1.1 FPGA 與CPLD 的差異及芯片選擇46-48
• 4.1.2 FLEX10K 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)48-49
• 4.1.3 FLEX10K 系列器件的配置與下載49-50
• 4.2 基于EDA 軟件的FPGA 開發(fā)設(shè)計(jì)50-52
• 4.2.1 FPGA 的設(shè)計(jì)開發(fā)流程50
• 4.2.2 集成開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ50-51
• 4.2.3 Verilog HDL 語言51-52
• 4.3 FPGA 內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)52-56
• 4.3.1 高速計(jì)數(shù)器模塊52-55
• 4.3.2 時(shí)鐘信號(hào)模塊55-56
• 4.3.3 邏輯控制模塊56
• 4.4 FPGA 的接口電路設(shè)計(jì)56-58
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)58-67
• 5.1 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)及功能58-59
• 5.2 主要功能模塊的設(shè)計(jì)59-67
• 5.2.1 系統(tǒng)主程序模塊59-60
• 5.2.2 中斷服務(wù)程序模塊60-62
• 5.2.3 計(jì)算模塊62-63
• 5.2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊63-64
• 5.2.5 顯示模塊64-67
• 第六章 實(shí)驗(yàn)研究及誤差分析67-81
• 6.1 零流量下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)67-69
• 6.1.1 換能器收發(fā)信號(hào)波形實(shí)驗(yàn)67-68
• 6.1.2 過零檢測(cè)68
• 6.1.3 零流速檢測(cè)68-69
• 6.2 實(shí)時(shí)流量實(shí)驗(yàn)69-73
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)方法69-70
• 6.2.2 超聲波氣體流量計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析70-73
• 6.3 誤差分析73-78
• 6.3.1 管道直徑D 的影響74
• 6.3.2 固有延遲τ的影響74
• 6.3.3 測(cè)量時(shí)差Δ_t 的影響74-75
• 6.3.4 參數(shù)t_0 的影響75
• 6.3.5 流量修正系數(shù)K 的影響75-78
• 6.4 關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的討論78-81
• 6.4.1 關(guān)于提高超聲波流量計(jì)測(cè)量精度的建議78-79
• 6.4.2 關(guān)于設(shè)計(jì)家庭適用超聲波流量計(jì)系統(tǒng)的建議79-81
• 第七章 總結(jié)81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-86
• 附錄86-92
• 在學(xué)期間的研究成果92-93

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 簡(jiǎn)盈,王躍科,潘仲明;超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路及回波接收電路的設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2004年11期

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4 寧晨,顧宇,周康源,陳昕;新型高精度超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)[J];聲學(xué)技術(shù);2003年04期

5 劉巖,李風(fēng)榮,王金海;高速可逆位置計(jì)數(shù)器的研究與FPGA實(shí)現(xiàn)[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2003年02期

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 何群;超聲波流量測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

2 陳學(xué)永;超聲波氣體流量計(jì)[D];天津大學(xué);2004年

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的時(shí)差法超聲波氣體流量計(jì)的研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：413290