基于嵌入式系统的超声波流量计设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于嵌入式系统的超声波流量计设计姓名：何青申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：刘教瑜20050501武汉理上人学硕士学位论文摘要近年来，随着国民经济的发展，我国水资源也越来越珍贵，相应的，对水量测量仪器的精度的要求也就越来越高。无论工业生产中还是城市生活用水中，对于水流量的测量，都需要高精度、操作简便、成本低的测量仪器。特别是工业中对一些具有腐蚀性的液体的流量测量，普通的流量计根本无法测量。而超声波流量计采用非接触式测量方法，能解决这类问题。超声波流量计根掘超声波在流动的流体中传播的过程中会有流体的流速信息这一原理，再通过简便、可靠的信号处理方法

2、，把这个流速信息转换成流量信息。超声波流量计与以往传统的流量计相比，具有所要求的费用低，安装简便，不会改变流体的流动状态。不产牛附加阻力等优点，是一神非常理想的节能型流量汁。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多地方不完善，没有得到普遍的应用，因而在科学技术迅速发展的今天，非常值得去进行研究，这是本文选题的一大因素。论文介绍了超声波流量计的测量原理、硬件结构以及相应的软件设计方法。在设计中，为了提高超声波流量计的测量精度和可靠性，需要在设计的时候采用新型的检测控制芯片和新的检测理论。采用嵌入式设计方法。与普通的CPU芯片ARM芯片的处理速度更快，具有更强的数

3、据处理能力。采用数字鉴相技术来测量超卢波的传播时间。系统中对数据信号的处理，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路，来提高信号的可靠性。经过滤波放大后的超声波信号，经过开窗处理，从中选择出合理的一组信号作为检测的有效信号，来进行鉴定相处理，检测时差。对超声波信号的处理电路，数字部分大都集成在Xilinx公司生产的XCR3128的CPLD芯片内部。这样使得大量的系统逻辑电路被集成，减少了分立元件的数量，系统的结构得到简化。分频电路也集成在芯片内部。由于系统的简化，系统的抗干扰能力大为提高，可靠性更强。关键词：超声波流量计、CPLD、嵌入式系统、数字鉴相器、自增益电路武汉理工大学硕

4、士学位论文AbstractRecently，waterresourceisbecomingmoreandmorerare，whichrequiresthatthemeasureprecisionofwaterflowshouldberatherhigh．Whetherinindustrialorinliving，themeasuretowaterrequiresahigh-precision，handy-operation，low-price’measureinstrument．Especially,themeasureofsomecausticityliquidisverydiffi

5、cultusingtheoldflowmeter-ButtheultrasonicflowmeterCallsolvethisproblembecauseofusingthenon-touchmethod．Ultrasoniccancarrytheinformationoftheliquidwhenittransitstheflowingliquid．Accordingtothistheory，ultrasonicflowmeterCanmeasurethevelocityofflowthroughthesimple，reliablesignalprocessingmethod．Com

6、paringwiththetraditionalflowmeter,ultrasonicflowmeterhasmanyadvantagessuchaslow—price，simplefixing，notchangingtheliquid’flowstate，noadditionalresistanceetc．However,itisnotperfect．So，weneedstudyitanymoreinordertoimproveit．Thisarticleintroducesultrasonicflowmeter’measuretheory,configurationofhardw

7、areandthedesignofthesoftware．Inordertoimprovethemeasureprecisionandthereliability，weusenew-stylechipandnewtheory．TheusingofARMmakesthesystemhavemorerapidrunningvelocityandmoredata-processingability．UsingtheDigitalphasedetect