基于无线数据传送的蒸汽热量计量仪表的研制

摘要

本课题来源于吉林省科技发展计划项目：“冶金行业综合节能技术研究与开发”，目的是研制一种能够进行无线数据传送的蒸汽热量计量仪表。 冶金行业是中国重要的基础产业部门之一，对社会经济发展起着重要的作用。然而冶金行业又是一种高耗能行业，每年的能源消耗大约占全国能源消耗总量的30％以上。由于自然资源的过度利用，已经出现了全球范围内的能源危机，因此能源的节约是冶金行业目前面临的重要问题。 蒸汽是冶金行业的一种重要的消耗能源。现在大部分计量蒸汽能源消耗的装置主要是根据流量计量，并没有考虑由于温度、压力等的不同，蒸汽所携带的能量不同的问题，因此这种按照蒸汽流量计量蒸汽能耗的方法造成了能源的损失和浪费。同时，在工业现场进行仪表安装或仪表改造的时候，很难或者根本没有空间布置通信线路。针对以上问题，本文设计了一种用于冶金行业的基于无线数据传送的蒸汽热量计量仪表。 本文首先讨论了蒸汽热量计量的数学模型，针对蒸汽热量计量数学模型中涉及到的参数设计了蒸汽热量测量系统的硬件；为了能够根据现场情况对仪表进行参数设置和观察测量情况，设计了键盘和显示部分的硬件；同时硬件上还设计了无线通信接口，以使测量的数据能够及时地上报，完成能源的及时监测、调度、核算，达到节能的目的。 在此基础上，本文设计了蒸汽热量表的软件部分，利用蒸汽热量计量数学模型完成热量的积算、显示和通信。在进行无线通信的时候对数据进行加密处理，以防止有价值信息被他人截获。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1热量表概述

1.2热量表的国内外发展状况

1.3蒸汽热量表的现实意义及应用前景

1.4本文的主要研究内容和解决方案

1.5本章小结

第二章蒸汽热量计量数学模型的建立

2.1蒸汽热量计量原理

2.2饱和蒸汽热量计量数学模型

2.3过热蒸汽热量计量数学模型

2.4本章小结

第三章蒸汽热量表热量计量系统的设计

3.1蒸汽热量表热量测量系统的原理

3.2蒸汽热量表硬件原理

3.3蒸汽热量表主控CPU的选取

3.3.1蒸汽热量表主控CPU的选取

3.3.2 MSP430F135的主要特点

3.4电源设计

3.5压力测量

3.5.1压力传感器的选取

3.5.2压力测量电路

3.6温度测量

3.6.1温度传感器的选取

3.6.2温度测量电路

3.7流量测量

3.7.1流量传感器的选取

3.7.2流量测量电路

3.8压力、温度、质量流量测量信号的A/D转换接口

3.9显示及按键电路

3.10低功耗设计

3.11本章小结

第四章蒸汽热量表无线通信系统设计

4.1无线通信系统的硬件设计

4.1.1无线通信芯片的选取

4.1.2无线通信芯片和CPU的接口电路

4.2无线通信系统通信协议的设定

4.2.1无线通信频道的选择

4.2.2无线通信波特率的选择

4.2.3无线通信格式的选择

4.2.4无线通信数据的差错检测

4.3无线通信数据的加密

4.3.1加密算法的选择

4.3.2 RC5加密算法的实现

4.3.3 RC5加密算法的C语言实现

4.3.4 RC5加密算法在通信中的应用

4.4本章小结

第五章蒸汽热量表的软件设计

5.1 MPS430F135的编程语言和编译环境

5.2软件系统概述

5.3主程序

5.4参数测量子程序

5.5热量计算子程序

5.6无线通信子程序

5.7 EEPROM子程序

5.8睡眠子程序

5.9键盘显示处理子程序

5.10本章小结

第六章实验数据

6.1热量测量系统实验

6.1.1参数测量变送电路实验

6.1.2放大、A/D转换电路的实验

6.2无线通信系统实验

6.3本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文