智能压差式液体密度计的设计与实现

摘要

近年来，由于差压法测量液体密度方法简单，成本低廉的优势，使得压差式的密度计广泛应用于石油、化工、纺织印染等领域。压差式密度计的一次仪表通常采用压力敏感元件，在实际应用中会存在温度漂移的现象，造成密度的测量出现误差。为了使压差式密度计的测量精度能够满足实际要求，需要对密度计进行温度补偿。本文在充分研究扩散硅压力传感器现有补偿方法的基础上，设计了以仪用微处理器MSP430F149和射频单片机CC2531为核心，采用多项式拟合和拉格朗日插值相结合的温度补偿算法的智能压差式液体密度计。
　　文中阐述了整体方案的设计、系统硬件设计、密度计的温度补偿算法和软件设计。采用一片功能强大的模数转换芯片AD7794解决了压力传感器的供电和压力信号采样的问题，AD7794的转换结果通过SPI串行口发送到MSP430F149单片机;设计了以CC2531为核心的ZigBee传感节点，移植了Z-Stack2007协议栈，实现了点对点的无线网络通信;采用了线性稳压器和开关式稳压器相结合的电源设计方法，有效减小了电源干扰对数据采集的影响;利用MSP430F149较强的运算能力，在其内部嵌入了多项式拟合和拉格朗日插值相结合的密度补偿算法。
　　智能压差式液体密度计经过软硬件调试，系统运行良好。在测量参照液食盐水的试验中，只对两个温度补偿点进行补偿的情况下，量程为0-2g/cm3，精度是0.0270g/cm3，相对误差不超过2.42％，非线性误差不超过1.35％，迟滞误差小于0.55％，基本达到了系统设计的预期目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文主要研究内容

第二章 系统硬件的设计

2．1 系统方案设计

2．2 系统硬件总体设计

2．3 电源模块设计

2．4 控制模块设计

2．4．1 单片机的选型

2．4．2 外部EEPROM电路设计

2．5 传感器信号调理电路设计

2．6 接口电路设计

2．6．1 RS-485总线接口电路设计

2．6．2 1602液晶接口电路设计

2．6．3 程序下载接口电路设计

2．7 温度采集模块设计

2．8 ZigBee模块硬件设计

本章小结

第三章 压差式液体密度计的温度补偿

3．1 压力芯体的温度漂移

3．1．1 温度零点漂移的理论分析

3．1．2 温度灵敏度漂移的理论分析

3．2 压力芯体的温度补偿方法

3．3 压力芯体的软件补偿算法分析与实现

3．3．1 多项式拟合

3．3．2 拉格朗日插值

3．3．3 温度补偿模型

3．3．4 温度补偿算法的实现

3．4 密度补偿公式的推导

本章小结

第四章 系统软件的设计

4．1 程序设计语言与开发环境

4．2 控制模块程序设计

4．2．1 监控程序

4．2．2 数据采集与处理程序

4．2．3 串口程序

4．3 ZigBee模块程序设计

4．3．1 Z-Stack2007协议栈

4．3．2 协调器节点软件设计

4．3．3 传感器节点软件设计

本章小结

第五章 系统软硬件调试

5．1 系统硬件调试

5．2 系统软件调试

5．3 系统的整体调试以及实验数据的分析

第六章 论文总结

参考文献

致谢