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基于CPLD技术的粘度测量系统的设计

作　者: 王茗薷
导　师: 张晓冰
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 旋转粘度测量光栅转矩传感器恒温水浴步进电机细分
分类号: TH836
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

粘度在多种行业中都是影响产品质量、生产工艺和生产效率的重要参数。国内测量粘度的方法落后，测量准确度低、速度慢，无法满足快速、准确测量的要求。国外测量粘度的技术成熟、理论先进且产品质量好，但价格昂贵、技术保密。因此，研究一种粘度测量范围宽、测量准确度高、使用方便、自动化程度高的粘度测量系统具有较大的现实意义。本文设计了基于CPLD技术的粘度测量系统。系统采用光栅转矩传感器测量液体粘滞力作用在弹性轴上产生的转矩角，通过MSP430F149计算获得液体粘度值；利用CPLD完成相位差测量、步进电机细分驱动、步进电机转速控制和匀速判定等功能，实现了液体粘度的宽范围准确测量；恒温水浴温控模块采用Pt100铂电阻完成液体温度的测量，温度测量准确，液体温度控制采用复合功率控制方式，可准确地将待测液体温度快速稳定在设定值，减少了环境温度对粘度测量准确度的影响；按键用于系统参数、步进电机转速、液体温度的设置，显示单元显示待测液体粘度值和相关设置的查询。本设计对传统旋转式粘度测量技术加以改进和提高，利用CPLD高速、高集成度和逻辑能力强等特点，使粘度测量系统工作性能更加稳定、测量范围更宽、测量可靠性更高，不但能创造一定的经济效益和社会效益，而且对今后粘度测量系统的设计具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 粘度测量国内外发展现状  11-13
    1.2.1 国外粘度测量发展现状  11
    1.2.2 国内粘度测量发展现状  11-12
    1.2.3 粘度测量系统的发展方向  12-13
  1.3 本文研究内容  13-14
第2章粘度测量系统相关技术及总体方案设计  14-23
  2.1 粘度测量方法简介  14-18
  2.2 EDA 技术及 CPLD 简介  18-19
  2.3 粘度测量系统设计方案  19-22
    2.3.1 系统设计要求  19
    2.3.2 主控制器及转矩测量方案设计  19-21
    2.3.3 系统总体设计方案及工作过程  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章粘度测量系统硬件设计  23-41
  3.1 转矩测量模块电路设计  23-29
    3.1.1 转矩测量模块整体结构及测量方法  23-24
    3.1.2 光栅转矩传感器设计  24-25
    3.1.3 光栅输出信号相位差测量电路设计  25-28
    3.1.4 光电转换电路设计  28
    3.1.5 信号整形电路设计  28-29
  3.2 恒温水浴温控模块设计  29-33
    3.2.1 恒温水浴温控模块整体结构  29-30
    3.2.2 温度信号采集电路设计  30-33
    3.2.3 恒温水浴温度控制单元设计  33
  3.3 步进电机驱动模块电路设计  33-37
    3.3.1 步进电机驱动及转速控制方案设计  34-35
    3.3.2 步进电机驱动电路设计  35-36
    3.3.3 步进电机匀速旋转判定电路设计  36-37
  3.4 报警及电源电路设计  37-38
    3.4.1 电源电路设计  37-38
    3.4.2 报警电路设计  38
  3.5 按键与显示模块电路设计  38-40
    3.5.1 按键电路设计  39
    3.5.2 液晶显示电路设计  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章粘度测量系统软件及仿真验证  41-53
  4.1 系统软件开发环境及 Verilog HDL 语言简介  41-42
    4.1.1 QuatusⅡ简介  41
    4.1.2 Verilog HDL 语言简介  41-42
  4.2 恒温水浴温控及步进电机细分驱动算法设计  42-43
    4.2.1 恒温水浴温控算法设计  42
    4.2.2 步进电机细分驱动算法设计  42-43
  4.3 系统主程序及模块软件设计  43-48
    4.3.1 主程序软件设计  43-44
    4.3.2 转矩数据处理模块程序设计  44-45
    4.3.3 液晶显示程序设计  45-47
    4.3.4 恒温水浴温控模块程序设计  47-48
  4.4 系统部分电路设计及仿真验证  48-52
    4.4.1 步进电机匀速判定功能实现及时序仿真  48-49
    4.4.2 步进电机细分驱动功能实现及时序仿真  49-50
    4.4.3 SPI 接口功能实现及时序仿真  50-52
  4.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
攻读学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58

基于CPLD技术的粘度测量系统的设计

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