發(fā)布時間：2017-06-01 19:12

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證，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力學的研究,超聲波流量測量技術(shù)取得了長足的進步,并且成為一種重要的流量測量技術(shù)。超聲波流量測量技術(shù)也開始被應用于天然氣流量檢測,于是產(chǎn)生了一種新興的氣體流量儀表—超聲波氣體流量計。超聲波氣體流量計具有測量精度高、體積小、能耗低、無壓力損失、壽命長以及安裝使用方便等顯著優(yōu)點。 本論文采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計了一種時差法超聲波氣體流量計。系統(tǒng)硬件電路為單片機+FPGA結(jié)構(gòu),它擺脫了采用傳統(tǒng)分離器件設(shè)計的不易更改性和不穩(wěn)定性,提高了系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定度,同時利用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)計了包括高速計數(shù)器在內(nèi)的數(shù)字信號處理模塊,結(jié)合其它一些措施,達到了對氣體流量進行高精度測量的目的。主要工作及創(chuàng)新有: 1)研究了各種超聲波流量計特別是時差法超聲波流量計的測量原理,對超聲波在流體中的傳播特性及超聲波換能器進行了較深入的研究;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)流體力學及物理學的有關(guān)知識,對超聲波流量計算公式進行了修正,并給出了不同情況下流量修正系數(shù)的計算公式; 2)對整個系統(tǒng)硬件電路進行了研究,包括FPGA的硬件設(shè)計,關(guān)鍵功能模塊描述,完成了單片機的硬件電路的設(shè)計,調(diào)試; 3)本文給出了軟件相應的設(shè)計圖,關(guān)鍵部分的總體流程圖; 4)進行了實驗研究,并且對影響流體流量測量的各種因素進行了仔細的分析、研究。
【關(guān)鍵詞】：超聲波流量計 時差法 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) 微控制器
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：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 超聲波流量計的發(fā)展和現(xiàn)狀11-12
• 1.3 超聲波流量計的分類12-16
• 1.3.1 傳播時差法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 論文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 時差法超聲波流量計的理論研究17-28
• 2.1 時差法測量原理17-18
• 2.2 流量計算方程的優(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)計和實現(xiàn)28-46
• 3.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計28-30
• 3.1.1 超聲波流量計的總體結(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 實時時鐘、看門狗及數(shù)據(jù)存儲模塊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43-46
• 第四章 基于FPGA 的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計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50-52
• 4.2.1 FPGA 的設(shè)計開發(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52-56
• 4.3.1 高速計數(shù)器模塊52-55
• 4.3.2 時鐘信號模塊55-56
• 4.3.3 邏輯控制模塊56
• 4.4 FPGA 的接口電路設(shè)計56-58
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計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 計算模塊62-63
• 5.2.4 數(shù)據(jù)存儲模塊63-64
• 5.2.5 顯示模塊64-67
• 第六章 實驗研究及誤差分析67-81
• 6.1 零流量下的相關(guān)實驗67-69
• 6.1.1 換能器收發(fā)信號波形實驗67-68
• 6.1.2 過零檢測68
• 6.1.3 零流速檢測68-69
• 6.2 實時流量實驗69-73
• 6.2.1 實驗方法69-70
• 6.2.2 超聲波氣體流量計實驗結(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 測量時差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)計的討論78-81
• 6.4.1 關(guān)于提高超聲波流量計測量精度的建議78-79
• 6.4.2 關(guān)于設(shè)計家庭適用超聲波流量計系統(tǒng)的建議79-81
• 第七章 總結(jié)81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-86
• 附錄86-92
• 在學期間的研究成果92-93

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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3 陳波,尹成群,范寒柏;EDA技術(shù)在電子設(shè)計中的應用[J];電力情報;2002年01期

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

5 劉巖,李風榮,王金海;高速可逆位置計數(shù)器的研究與FPGA實現(xiàn)[J];天津工業(yè)大學學報;2003年02期

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：413290