单通道时差法超声流量计研发(硬件部分)【开题报告】.doc

PAGE 4 PAGE 5 PAGE 1 毕业设计开题报告 电气工程与自动化 单通道时差法超声流量计研发(硬件部分) 一、选题的背景与意义 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不便等缺点，而超声波流量计均可避免这些问题。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测量流流量，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计的造价会随着口径增加而大幅度增加，所以口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的性能价格比越具有优势，被认为是较好的大管径流量测量仪表。在发电厂中，使用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，较过去的皮脱管流速计方便得多。 另外，一般流量计的精确度会受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，而超声波流量计的精度几乎不受这些参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。此外，根据超声流量计的非接触测量的特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。所以，超声波流量计的适应能力也是其它仪表所无法比拟的。超声波流量计具有上述这些优点，因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。 根据目前超声流量计在流体计量中的优势与国内外应用场合情况，不难看出，在提高计量精度的同时，研发特定适用范围的超声流量计具有广阔的市场前景。一种低功耗、价格低、长期稳定工作的超声流量计具有较好的市场前景。同时，目前国内水表大部分采用机械表或附加一定的电子装置的机械表。该类型的机械表的计量精度比较低，面临着更新换代，超声流量计可以很好地取代该类型的机械表。 本人所选择的单通道时差法超声流量计具有相对简单的硬件电路，相对的，偏重于信号的处理与算法，能以较低的研究成本而获得较好的测量数据。本课题的目的在于研究和开发出高精度、低成本、低功耗、易维护的超声流量计，通过本项目的研究为超声流量计领域提供一些技术借鉴，促进相关行业的发展。而且对本人也有着极大的锻炼作用，能将所学的理论结合于实践，对于我们大学生来说有着重要意义。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 （一）研究的基本内容 1．时差法超声流量计系统功能的实现。 2．超声流量计精度提升的研究。 3．系统稳定性及低功耗的研究。 （二）要解决的关建问题 1．超声流量计精度提升的问题。接收换能器接收到的超声信号能否得到准确的判断直接决定静态漂移问题，由超声流量计工作环境复杂，换能器接收到的超声波比较小，比较容易受干扰，而且流体中电磁信号的存在及固体颗粒极易使得接收的超声波受到调制，幅值发生变化，导致顺流和逆流时间的测量不准确，从而计量精度的下降，因而接收超声波信号的到达时刻的精确判断是解决静态瞬时漂移问题，是提升计量精度的重要方法。 2．提高系统稳定性的问题。由于超声流量计工作环境复杂，高频干扰和噪声比较多，很容易干扰超声波信号以及电路系统，对系统的稳定性构成了威胁，流量计的计量精度必然受其影响或者产生计量错误的现象。所以，必须采用提高系统的抗干扰能力，提高系统的稳定性。 3．系统低功耗的问题。要实现低功耗首先要使用一个可靠的电源，应选择能量密度大、自放电小的电池，如锂电池；锂电池提供的电压经过两个稳压芯片进入系统，一个是向单片机和计时芯片提供电源，该稳压芯片一直处在工作状态，另一个是向部分外围电路提供电源，通过该稳压芯片的使能引脚(受单片机的控制)来控制是否对外界提高电源输出；选择以超低功耗为特点的MSP430单片机作为系统的核心；外围芯片的选择原则主要满足工作电压在系统电压(3.3V)下可以正常工作、工作的电流比较小以及考虑具有关闭模式的芯片。 三、研究的方法与技术路线 1．超声波流量计由MSP430单片机模块、电源模块、超声波收发模块和TDC-GP2计时模块等构成。系统模块图如下： 超声波收发模块 超声波 收发模块 TDC-GP2 计时模块 LCD显示模块数据存储模块MSP430 LCD显示模块 数据存储模块 MSP430 键盘输入电源模块 键盘输入 电源模块 数据通信 数据通信 模块图解释说明如下： MSP430模块：这是一块16位精简指令集单片机，超低功耗、适合用电池供电长期工作是其特点，它是整个控制电路的核心，通过定时器的中断功能协调、控制整个系统的各个功能模块的运行时序，完成流量的测量、计算以及数据显示、存储，同时接受用户对仪表测量和现场参数的设置等。　 电源模块：选