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科里奥利质量流量计DSP算法研究与系统实现

作　者: 简灿琴
导　师: 刘凤新
学　校: 北京化工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 科里奥利质量流量计数字信号处理自适应滤波器频率估计 Goertzel算法椭圆滤波器数据结构
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

科里奥利质量流量计由于其精度高、测量流体范围广、可做多参数测量等优点,在工业上获得了广泛的运用。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表部分包括振动管、激振器和传感器等。二次仪表的任务是对传感器的输出信号进行处理,通过测量其相位差的大小来计算流量。早期的科氏流量计的信号处理主要采用模拟电路,但是模拟信号处理系统存在很多缺点,本课题采用数字信号处理方法来处理科氏流量计信号。本文模拟实际环境提出合理的信号模型,主要从滤波、频率测量和相位差测量三个方面对科氏流量计的数字信号处理算法进行研究。此外还对科氏流量计二次仪表的样机实现作了研究,详细阐述了样机软件的部分模块设计与代码实现。主要内容如下:1、提出用椭圆滤波器滤除信号中的谐波成分,算法简单且避免了对新的采样数据处理时的重新收敛过程,计算量小、滤波效果好。2、参考国内外文献中的自适应滤波算法,作相应的修正与简化并应用于本课题的信号处理系统中,此方法比同类算法计算量小且性能更好。3、提出用计及负频率影响的分组DTFT递推算法计算相位差,其精度与不分组的DTFT递推算法相同,但是分组可以并行运算,减少相位差计算所需的时间,提高系统实时性。4、对传统Goertzel算法进行分析,通过推导新的计算公式,改变其实现结构,使其不仅适用于采样率固定的模型,而且还适用于采样率变化的情况,实验表明新的运算结构可以减少计算时间,提高系统实时性。5、对科研样机进行了软件系统部分模块的程序设计及调试。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-28
  1.1 科氏质量流量计的分类  14-17
    1.1.1 按测量管形状分类  15
    1.1.2 按测量管段数分类  15
    1.1.3 按双管型测量管的连接方式分类  15-16
    1.1.4 按测量管流动方向和工艺管道流动方向布置方式分类  16-17
  1.2 科氏质量流量计的组成和测量原理  17-21
    1.2.1 科氏质量流量计的组成  17-18
    1.2.2 科氏质量流量计的测量原理  18-21
  1.3 科氏质量流量计的优缺点  21-22
    1.3.1 科氏质量流量计的优点  21
    1.3.2 科氏质量流量计的缺点  21-22
  1.4 科氏质量流量计数字信号处理方法的国内外研究现状  22-26
    1.4.1 基于 DFT的方法  22-23
    1.4.2 基于信号幅值的方法  23
    1.4.3 基于自适应谱线增强的方法  23-25
    1.4.4 基于正交解调的方法  25
    1.4.5 基于数字锁相环的方法  25-26
  1.5 课题来源和本文研究的主要内容  26-28
第二章科氏流量计滤波与频率测量  28-34
  2.1 信号模型  28-29
    2.1.1 随机游动模型  28-29
    2.1.2 两个周期内参数不变的模型  29
  2.2 滤除谐波  29-31
  2.3 自适应 Gray-Markel滤波及频率跟踪  31-32
  2.4 小结  32-34
第三章基于分组 DTFT的相位差测量算法研究  34-42
  3.1 DTFT递推算法及相位差测量原理  34-35
  3.2 基于 DTFT递推算法的分组计及负频率影响的相位差测量  35-37
  3.3 仿真与结果分析  37-40
  3.4 小结  40-42
第四章 Goertzel算法的研究与改进  42-50
  4.1 传统 Goertzel算法  42-46
  4.2 改进结构的滑动 Goertzel算法计算公式  46-47
  4.3 算法的实验验证  47-48
  4.4 小结  48-50
第五章科氏流量计硬件电路与驱动程序  50-66
  5.1 科氏流量计 DSP的硬件电路  50-57
    5.1.1 F2812介绍  50-52
    5.1.2 LCD显示模块  52
    5.1.3 键盘模块  52-53
    5.1.4 调零处理模块  53-54
    5.1.5 EEPROM存储模块  54-55
    5.1.6 0-10 KHz频率输出模块  55-57
  5.2 科氏流量计的驱动程序设计  57-64
    5.2.1 LCD液晶驱动程序设计  57-58
    5.2.2 按键模块驱动程序设计  58-59
    5.2.3 基于12C的 EEPROM驱动程序设计  59-62
    5.2.4 频率输出模块驱动程序设计  62-64
  5.3 小结  64-66
第六章基于 DSP的科氏流量计系统软件设计  66-78
  6.1 软件总体设计思想  66
  6.2 人机交互应用程序设计  66-75
    6.2.1 系统按键部分的设计  68-69
    6.2.2 LCD幂示功能设计  69-75
  6.3 程序优化  75-76
  6.4 小结  76-78
第七章总结及展望  78-80
  7.1 本文总结  78-79
  7.2 工作展望  79-80
参考文献  80-82
致谢  82-84
研究成果及发表的学术论文  84-86
作者简介  86-87
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  87-88

科里奥利质量流量计DSP算法研究与系统实现

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