双MSP430单片机结构数字涡街流量计的研究

摘要

涡街流量计因其介质适应性强，无可动部件，结构简单、使用寿命长等诸多优点，在许多行业得到了广泛的应用。而在低流速下，涡街测量就凸显出了它的不足，涡街信号的信噪比很低，有用信号几乎被噪声淹没。普通的涡街流量计采用模拟信号处理方法，在正常流量范围内，涡街流量信号稳定、测量准确、实时性好；而在小流量下，涡街有用信号微弱、提取困难，导致实际测量下限比较高，量程比小，一般为10:1。鉴于上述模拟涡街流量计具有的优势以及存在的不足，本课题研究并且实现了一台数字涡街流量计。该数字涡街流量计采用了双MSP430单片机的硬件结构，在低流速小流量的情况下，由MSP430F1611单片机实现频谱分析算法来计算涡街信号频率，有效地克服了模拟涡街在小流量下测量精度不高甚至不能测量的问题；在正常流量范围内，由MSP430F149单片机对涡街信号前置放大电路输出的方波进行计频，具有常规模拟涡街在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。本文主要是按照涡街流量计基本原理介绍、硬件电路介绍、软件设计介绍以及实验数据分析的顺序进行阐述的，主要包括： 1.设计了完整的双MSP430单片机的数字涡街流量计硬件电路以及软件程序。成功地实现了一台双MSP430单片机的数字涡街流量计，可以在不同流量之间切换计算频率的方式，从而准确稳定地输出频率。 2.成功地实现了数字涡街流量计的4～20mA电流远传功能。并且在DN50和DN25水流管道上做了大量的实验，证明本数字涡街流量计具有较强的抗干扰能力并且大大降低了下限，扩大了量程比，可达到1:35.3～45.5。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1涡街流量计概述

1.2涡街流量计的主要问题和国内外研究现状

1.3双MSP430单片机结构数字涡街流量计提出的背景和意义

1.4课题研究目的及创新点

1.5本文章节结构安排

第二章 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的总体方案设计

2.1涡街流量计的工作原理

2.1.1涡街的产生与涡街现象

2.1.2涡街信号的测量

2.2涡街信号的组成

2.3 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的设计方案

2.4 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的FFT频率计算方法

2.4.1 FFT算法简介

2.4.2功率谱估计概念及频率计算

2.4.2单频实正弦信号的快速插值频率估计法

2.5本章小结

第三章 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件设计

3.1整体硬件电路设计方案

3.2前置放大电路的设计

3.2.1电荷放大器的设计

3.2.2电压参考电路的设计

3.2.3低通滤波器的设计

3.2.4限幅器的设计

3.2.5施密特触发器的设计

3.3单片机计算及输出电路的设计

3.3.1涡街信号采集电路的设计

3.3.2脉冲输出电路的设计

3.3.3电流输出电路的设计

3.3.4 单片机的JTAG接口电路的设计

3.4电源电压转换电路设计

3.5双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件低功耗设计

3.6本章小结

第四章 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件设计

4.1软件总体设计方案

4.2 MSP430F149单片机程序设计

4.3 MSP430F1611单片机程序设计

4.4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件低功耗设计

4.5本章小结

第五章 双MSP430单片机结构数字涡街流量计的实验分析

5.1实验装置简介

5.2实验数据分析

5.2.1 50mm管径水流量测量数据分析

5.2.2 25mm管径水流量测量数据分析

5.3实验结果总结

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢