基于ARM的时差法超声波流量计研制

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1、摘要超声波流量计以非接触、精度高、使用方便等优点，在气象、石油、化工、医药、水资源管理等领域获得了广泛的应用。近年来，随着数字处理技术和微处理器技术的发展，超声波流量计作为一种测量仪表也得到了长足进步。本课题将ARM微控制器用于流量测量仪表的研制，拓展了仪表的开发空间，符合嵌入式技术的发展方向。本文详细介绍了超声波时差法流量测量原理及基于LPC2214的超声波流量计系统设计方案和软硬件实现方法，并对测时算法进行了详细讨论。通过分析和借鉴国外超声波流量测量的先进技术和方法，得出了改进的时差法测量方案。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路，采用高速模数转换器数字化接收信号

2、，并对ARM系统电路中的电源电路，存储器电路，通信接口电路等进行了详细介绍。系统软件详细分析了嵌入式操作系统uClinux的移植方法，给出构建ARM—uclinux平台的步骤，并基于此平台，完成了系统软件设计。测时算法运用数字滤波技术提高信号信噪比，采用方差比检验方法和插值算法，提高测时定位精度。系统设计良好的人机交互界面和通信调试接口，提高了ARM系统的软件开发调试效率；在保证流量计系统功能的同时，尽量简化硬件电路设计，降低研制成本，使设计更具合理性。关键词：超声波流量计；时间差；LPC2214；uClinux；数字滤波器AbstractU1trasonicFlowme

3、teriswidelyappliedinthefieldsofmeteorology,petroleum,chemical，medicine，waterresourl∞maIlagement，fortheadvantagesnon—contact。highaccuracy，ease-to-useandSOon．GreatprogresshasbeenmadeonUltrasonicFlowmeter,inrecentyears，withthedevelopmentofdigitalsignalprocessingtechnologyandmicroprocessonANe

4、wkindFlowmeterbasedonARMisintroducedin也ethesis．whichaccordswiththeembeddedsystemdevelopment．Thetheoryoftime-differeneeUltrasonicFlowmeteriSintroduced．alSOthehardwarebasedonARMLPC2214．thesoftwareandthemethodoffightingtimerealizingaredesigned．ByanalyzingandabsorbingforeignadvancedUltrasonic

5、Flowmetertechnologyandtheory,thenewwaytocalculatefightingtimeiSpresented．Insystemhardware，theultrasonictransmitting，receivingandamplifyingcircuitsaredesigned，andtheultrasonicsignalisdigitalizedbvhighspeedA／Dconverter．TheLPC2214ARMsy’stemcircuitincludedsystempower,memory,humaninterfaceandc

6、ommunicationfacesareintroduced．ThesystemSORwareisdesignedbaseontheARM—uClinuxembeddedplatform．alSOthestepshowtomaketheembeddedoperationsystemUCLinuxemergenttotheARMhardwarearepresented．Inordertoheightenthetimeprecision，insystemsignalprocesspart．thedigitalfilterhasdesignedtohighthesignalto

7、noise．Bycheckingthevarianceratioandinterpolationthedifferencetimeaccuracyofcalculatingisbeightened．ThisdesignmakesgooduseoftheLPC2214onchipmaterials．Thehumaninterfaceanddebugportmakessystemsoftwaredesignanddebugmoreeasily．nlisalSOsimplifiesthesystemhardwaredesign，re