基于DSP的电磁流量计信号处理

摘要

电磁流量计输出的信号不仅幅值极小,而且常常被噪声干扰,有时噪声基本上完全淹没了流量信号,使得其信噪比很低。除去流量信号中的噪声干扰就成了电磁流量计信号处理的一个重要步骤。小波分析作为一种全新的信号处理方法,它将信号中各种不同的频率成分分解到互不重叠的频带上,为信号滤波、信噪分离和特征提取提供了有效途径,特别在信号去噪方面显出了独特的优势。数字滤波器的实现不依赖硬件,仅用软件代码实现,可以避免模拟滤波电路截止频率发生改变带来的设计困难,使滤波处理更加容易方便。同时,随着DSP技术的发展,借助DSP处理器的强大数据处理能力和运行速度,许多复杂的算法成功应用于DSP处理器上,解决了工程应用中的许多难题。本文对电磁流量计传感器输出的微弱流量信号进行信号调理电路设计之后,结合非递归数字滤波算法和小波阈值去噪改进算法在DSP处理器上的实现来展开研究,内容如下:
　　一、详细介绍了电磁流量计的噪声干扰以及小波去噪的理论基础,并在已有的小波阈值去噪算法的基础之上,针对其缺陷,提出了一种改进的小波阈值去噪算法。
　　二、给出了电磁流量计信号处理的系统原理框图,并对针电磁流量计传感器输出的微弱流量信号设计信号调理电路。
　　三、详细讨论了数字滤波算法和小波阈值去噪改进算法的基本原理和实现步骤。在数字低通滤波算法的设计部分,首先比较两种数字滤波器的优缺点,选择FIR滤波器,然后利用卷积的思想进行滤波算法设计,最后利用模拟数据进行功能验证。在小波阈值去噪改进算法的设计部分,首先对改进算法的四个步骤:小波一次分解、一次分解得到的高频系数进行二次分解、高频系数的阈值处理和小波重构分别进行程序设计,然后利用模拟信号,将小波阈值去噪算法和其改进算法进行效果比较。从处理结果来看,改进算法在能够去除噪声的同时,很好地保留信号的高频有用信息。最后,以信号调理电路输出的流量信号作为测试信号,进行算法处理,可以得到很好的去噪效果。经过标定,流量的测量精度可以达到±1％。

目录

中文摘要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及课题研究的目的意义

1.2 电磁流量计的基本原理及噪声干扰

1.2.1 电磁流量计的基本原理

1.2.2 电磁流量计流量信号特征与干扰

1.3 小波分析的发展状况

1.3.1 小波分析的发展

1.3.2 小波去噪的研究状况

1.4 DSP技术的发展与应用

1.5 课题的主要研究内容

第2章 小波去噪理论

2.1 小波去噪方法

2.2 小波阈值去噪的基本原理

2.2.1 小波阈值去噪的理论依据

2.2.2 阈值的确定规则

2.2.3 阈值处理方法

2.3 小波基的选择及常见的小波

2.3.1 小波基的选择

2.3.2 几种常见的小波

2.4 改进的小波阈值去噪算法

2.4.1 小波分解结构的改进

2.4.2 阈值量化方法的改进

2.5 本章小结

第3章 电磁流量计信号处理的硬件电路设计

3.1 系统设计流程与硬件结构

3.2 DSP处理器的选择和CCS开发平台简介

3.2.1 DSP处理器的选择

3.2.2 CCS开发平台简介

3.3 硬件子模块设计

3.3.1 信号调理电路设计

3.3.2 DSP外围接口电路设计

3.3.3 串行通信电路设计

3.4 本章小结

第4章 电磁流量计信号处理的软件算法设计

4.1 数字低通滤波器设计

4.1.1 数字低通滤波器类型选择

4.1.2 数字低通滤波器的实现流程

4.1.3 数字低通滤波器的功能验证

4.2 小波阈值去噪改进算法的设计

4.2.1 Mallat算法的实现原理

4.2.2 小波阈值去噪改进算法的实现流程

4.2.3 小波阈值去噪改进算法的功能验证

4.3 上位机通信程序设计

4.4 实验研究

4.4.1 实验方法

4.4.2 实验数据处理

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文情况

附录 小波阈值去噪改进算法子函数