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基于HART总线的智能型涡街流量计的研究开发

作　者: 李建平
导　师: 蒙建波
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 涡街流量计 HART总线 温压补偿 MSP430 FFT
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


涡街流量计具有量程范围大、可靠性高、使用寿命长、压力损失较小等优点,已广泛应用于各个领域。目前,随着微电子技术、信息处理技术和数字通信技术的发展,涡街流量计正在从传统的组合式仪表向一体化、智能化仪表的方向发展,并结合了现场总线技术,出现了现场总线式仪表。现场总线技术促进了工业测控系统的网络化、数字化,使现场设备全部挂在总线上,从而具有双向通信的能力。HART协议是一种过渡性的现场总线标准,适用于现场智能仪表与控制室设备通信的一种标准通信协议,通过在模拟信号传输线路中进行数字通信。本文采用了低功耗的MSP430F5438单片机设计了一种一体化、智能型的涡街流量计,并加入了HART通信部分,将流量的测量、压力温度的测量、显示、通信等功能综合在一起。系统设计中采用了低功耗的元件,从而降低了整个系统的功耗,使系统可以采用两线制的供电方式。在去噪音方面,通过对信号及噪音的特点进行分析,采用了信号处理的方法,利用FFT的周期图法对信号进行了谱估计,改善了系统滤波性能。本文研究了在各种介质条件下的温压补偿方法,给出了涡街补偿模型,并应用到涡街流量计中,取得了很好的效果。结合实际要求,本文设计了涡街流量计的信号处理电路、人机接口电路、单片机电路、HART通信电路以及其相应的程序部分。最后,通过对系统的通信及流量进行测试,验证了系统的准确性与可靠性。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题的研究意义  7-8
  1.2 国内外现状及发展情况  8-9
  1.3 现场总线仪表的发展及特点  9-10
  1.4 本文的主要内容  10-12
2 涡街流量计信号分析及其信号处理  12-25
  2.1 涡街流量计的基本原理  12-13
    2.1.1 涡街现象  12
    2.1.2 涡街的测量原理  12-13
  2.2 涡街信号分析  13-15
  2.3 涡街数字信号处理  15-25
    2.3.1 信号处理方法的概述  15-17
    2.3.2 FFT 周期图法  17-22
    2.3.3 频谱校正  22-25
3 涡街流量计系统设计  25-40
  3.1 系统设计概述  25-28
    3.1.1 系统硬件组成  25-26
    3.1.2 系统软件结构  26-28
  3.2 单片机模块设计  28-31
    3.2.1 MSP430 系列单片机  28-29
    3.2.2 单片机电路设计  29-31
  3.3 信号处理模块设计  31-33
    3.3.1 前置放大电路  31-32
    3.3.2 带通滤波与多路选择开关  32-33
    3.3.3 施密特整形电路  33
  3.4 人机接口模块设计  33-37
    3.4.1 按键模块  33-36
    3.4.2 LCD 显示模块  36-37
  3.5 铁电存储器模块  37-38
  3.6 看门狗模块  38-40
4 HART 通信设计  40-50
  4.1 HART 通信协议  40-43
    4.1.1 HART 协议的产生与发展  40
    4.1.2 HART 总线的技术特点  40-41
    4.1.3 HART 协议规范  41-43
  4.2 HART 总线通信接口设计  43-47
    4.2.1 HART 通信系统总体设计  43-44
    4.2.2 电流环模块及其接口电路  44-46
    4.2.3 HART 模块及其接口电路  46-47
  4.3 HART 通信模块的软件设计  47-50
5 系统温压补偿及流量计算  50-62
  5.1 温压检测电路设计  50-54
    5.1.1 温度检测技术  50-52
    5.1.2 压力检测技术  52-54
  5.2 温度压力的采集软件设计  54-56
    5.2.1 温度信号处理  54-55
    5.2.2 压力信号处理  55-56
  5.3 温压补偿数学模型  56-60
  5.4 流量计算  60-62
6 涡街流量计的系统测试  62-65
  6.1 HART 通信测试  62-63
  6.2 涡街流量计流量测试  63-65
7 总结与展望  65-67
  7.1 总结  65
  7.2 展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  70
  B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  70

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 流量测量仪表
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