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基于相关法的电厂锅炉煤粉浓度检测仪设计

作　者: 刘光灿
导　师: 王益祥
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 一次风 煤粉浓度 互相关函数法 FPGA ARM DMA
分类号: TK31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
引　用: 2次
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内容摘要


一次风煤粉浓度的准确测量对电厂安全经济运行起着重要的作用。然而对于煤粉在一次风管内的浓度测量属于两相流的检测,一直是个难题,目前煤粉浓度在线测量的方法有直接法和间接法,但这些测量方法在准确性、安全性和经济性方面都有些不足。本文提出一种测量煤粉浓度的新方法——超声波互相关函数法,并在这一方法的基础上开发了一次风煤粉浓度测量仪。论文对超声波互相关函数法测量一次风煤粉浓度的原理进行了介绍,再根据测量原理以及测量仪器的具体功能需要,对一次风煤粉浓度测量仪进行了总体规划,测量仪的硬件结构由超声传感器驱动电路、超声传感器接收电路、信号控制电路和信号采集处理系统等部分组成。并针对测量仪的数据高速采集、传输瓶颈问题,提出了基于FPGA (Field Programmable Gate Array)和ARM (Advanced RISC Machines)结合DMA (Direct Memory Access)传输协议的数据高速采集传输方案,该方案具有易于修改和升级、调试方便等特点。整体结构框架给出后,对整个测量仪硬件进行了具体设计,并在ADS1.2集成环境下,对一次风煤粉浓度测量仪的控制程序进行了基于ARM架构的设计和编写。最后对所设计的超声波互相关法煤粉浓度测量仪进行了软、硬件调试和装箱,并在实验室对各功能进行了相应的可行性和可靠性实验验证。实验结果表明该浓度测量仪满足设计要求,对提高锅炉效率有很重要的意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 选题背景与科学意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 课题来源及主要研究内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
2 一次风煤粉浓度测量仪的总体设计  13-21
  2.1 超声波相关函数法测量原理  13-16
    2.1.1 声速与煤粉浓度的依变关系  13-15
    2.1.2 互相关函数法测量时延τ  15-16
  2.2 系统的功能及性能要求  16-17
  2.3 一次风煤粉浓度测量仪的总体结构  17-18
  2.4 测量仪的采集传输方案设计  18-20
  2.5 本章小结  20-21
3 基于FPGA的数据高速采集方案的实现  21-39
  3.1 模数转换转换器AD9201的时序分析  22-23
  3.2 ARM的DMA分析  23-27
    3.2.1 ARM的DMA工作过程  24-26
    3.2.2 ARM的DMA应答协议  26-27
  3.3 FPGA可编程设计  27-38
    3.3.1 FPGA的内部结构及选型  27-29
    3.3.2 Quartos Ⅱ开发软件及设计流程  29-31
    3.3.3 模块设计  31-37
    3.3.4 模块综合及仿真验证  37-38
  3.4 本章小结  38-39
4 煤粉浓度测量仪的硬件设计  39-56
  4.1 超声波与超声探头的选择  39-40
  4.2 传感器驱动电路  40-42
  4.3 信号控制器电路  42-43
  4.4 传感器接收电路  43-44
  4.5 温度采集电路  44-45
  4.6 微处理器采集处理系统设计  45-53
    4.6.1 基于AD9201的信号采集模块设计  46-47
    4.6.2 基于FPGA的外围电路设计  47-49
    4.6.3 ARM的选型以及电路设计  49-50
    4.6.4 数码管显示驱动设计  50-51
    4.6.5 键盘输入模块  51-52
    4.6.6 串口通信模块  52-53
    4.6.7 LED指示电路设计  53
  4.7 印制电路板设计  53-54
    4.7.1 布局设计  53-54
    4.7.2 布线设计  54
    4.7.3 抗干扰处理  54
  4.8 面板设计  54-55
  4.9 本章小结  55-56
5 测量仪的软件设计  56-65
  5.1 程序的开发调试环境  56
  5.2 装载程序BOOTLOADER  56-57
  5.3 用户程序代码  57-64
    5.3.1 初始化处理模块  58-59
    5.3.2 按键输入模块  59-60
    5.3.3 DMA传输模块  60-61
    5.3.4 串口通信模块  61-62
    5.3.5 数码管显示模块  62-63
    5.3.6 相关算法处理模块  63-64
  5.4 本章小结  64-65
6 调试与实验  65-71
  6.1 系统的调试  65-68
    6.1.1 模拟电路的调试  65-66
    6.1.2 数字电路以及软件的调试  66-67
    6.1.3 装箱  67-68
  6.2 实验与实验结果分析  68-70
    6.2.2 实验  68-69
    6.2.3 实验数据分析  69-70
  6.3 本章小结  70-71
7 总结与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
附录  76

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热工量测和热工自动控制 > 量测技术及仪表
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