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新型数字涡街流量计的研究

作　者: 史风栋
导　师: 李小京
学　校: 天津工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 涡街流量计数字滤波器互相关 FFT ARM 以太网
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

在工业自动化中,任何控制系统都是从生产过程运行的信息测量开始的,过程变量的自动检测仪表是自动化系统革命的关键。和温度、压力一样,流量也是生产过程中的重要变量。涡街流量计以其自身的一系列优点已经成为流量测量仪表家庭中不可缺少的一员,在计量检测中发挥着越来越大的作用。本课题针对涡街流量计易受噪声干扰、现场测量精度不高、量程比有限等问题,采用数字信号处理的方法加以改进,得到准确的流速测量结果。本课题采用32位ARM7内核的S3C44BOX作为微处理器,提高涡街流量计的数据处理速度和处理能力,并在流量仪表的人机界面、智能通讯方面有很大的加强。论文的主要研究工作包括: [1]研究涡街流量计的原理,设计采用S3C44BOX为核心的数字涡街流量检测系统实现方案,完成系统电路设计和硬件调试。 [2]分析数字滤波器、互相关算法、FFT算法三种信号处理方法的原理,并在实际中加以实验运用。 [3]利用嵌入式操作系统的优势,在涡街流量计上实现基于TCP/IP协议的工业以太网数据传输。经过现场调试和运行,本课题研究设计的新型数字涡街流量计达到了检测低流速的设计要求,改善了量程下限受限的局面,并在数据通讯方面有大的进步。

全文目录

第一章前言  9-13
  1.1 涡街流量计在工农业生产中的重要作用  9
  1.2 涡街流量计的国内外现状及存在的问题  9-11
    1.2.1 发展历史  10
    1.2.2 涡街流量计存在的有待解决的问题  10-11
    1.2.3 现阶段一些解决方法的讨论  11
  1.3 论文主要研究内容  11-13
第二章数字信号处理的硬件方案选择  13-19
  2.1 涡街流量计的芯片选择  13
  2.2 不同的微控制器和微处理器的特点比较  13-19
    2.2.1 单片机的特点  13-14
    2.2.2 DSP的特点  14-15
    2.2.3 快速发展的32位嵌入式芯片  15-18
    2.2.4 通过性能对比，选定微处理器  18-19
第三章基于涡街流量计的数据处理的研究  19-48
  3.1 数字信号处理的技术背景  19
  3.2 数字信号处理方法在数字涡街流量计中的应用  19-20
    3.2.1 要解决的主要问题  19-20
    3.2.2 使用的主要方法  20
  3.3 数字滤波器  20-33
    3.3.1 数字滤波器方法概述  20-21
    3.3.2 数字滤波器的设计要求和方法  21-22
    3.3.3 计算机辅助设计方法在数字滤波器设计中的应用  22
    3.3.4 IIR型数字滤波器的设计和数据处理效果  22-26
      3.3.4.1 Butterworth低通滤波器  22-23
      3.3.4.2 数字高通、带通、带阻滤波器的实现  23-24
      3.3.4.3 涡街流量计中数据滤波的技术指标  24
      3.3.4.4 IIR带通滤波器的滤波效果  24-26
    3.3.5 FIR型数字滤波器的设计和数据处理效果  26-32
      3.3.5.1 FIR型数字滤波器原理  26-27
      3.3.5.2 FIR数字滤波器的设计  27-30
      3.3.5.3 FIR带通滤波器的滤波效果  30-32
    3.3.6 流速信号的影响因素  32
    3.3.7 数字滤波器的滤波结果分析  32-33
  3.4 利用相关检测方法进行数字信号处理  33-40
    3.4.1 相关原理的基本概念  33-37
      3.4.1.1 随机信号分析的概念  33-34
      3.4.1.2 自相关分析  34-36
      3.4.1.3 互相关分析  36-37
    3.4.2 相关检测模型的建立  37-38
    3.4.3 互相关算法在实际信号处理中的效果  38-40
    3.4.4 互相关信号处理后结论  40
  3.5 利用FFT算法进行数字信号处理  40-46
    3.5.1 FFT算法的发展历史  40-41
    3.5.2 FFT基本原理  41-43
    3.5.3 FFT算法在实际数字信号处理中的作用  43-46
  3.6 数字涡街流量计数据处理方法选择  46-48
    3.6.1 三种数字信号处理方法在数字涡街流量计中应用效果  46-47
    3.6.2 所研究的数字涡街流量计的性能  47-48
第四章数字涡街流量计的硬件实现  48-58
  4.1 硬件总体设计结构  48
  4.2 微处理器模块  48-53
    4.2.1 Flash存储器接口电路  49-51
    4.2.2 SDRAM接口电路  51-53
  4.3 涡街信号的处理模块  53-55
  4.4 键盘控制模块  55-56
  4.5 液晶显示模块  56-58
第五章数字涡街流量计的以太网通讯实现  58-71
  5.1 在ARM上运行的uCLinux操作系统  58-60
  5.2 工业以太网  60-61
  5.3 基于工业以太网的数据通讯  61-71
    5.3.1 Socket基本技术介绍  62
    5.3.2 Linux中的套接字和TCP/TP网络层次结构  62-64
    5.3.3 涡街流量计通过Socket实现与上位机数据通讯  64-71
      5.3.3.1 Socket数据结构  64-65
      5.3.3.2 Socket通讯实现的过程  65-66
      5.3.3.3 客户／服务器模式通讯的实现  66-68
      5.3.3.4 客户端的程序实现  68-69
      5.3.3.5 服务器端的程序实现  69-71
第六章结束语  71-72
发表论文及参加科研情况  72-73
参考文献  73-75
致谢  75-76

新型数字涡街流量计的研究

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