基于数字滤波的涡街流量计二次仪表设计

摘要

涡街流量计适用于气体、液体等流体流量的测量，具有内部无活动部件，结构简单、精度高、适应性强等优点，在工业生产等诸多行业得到了广泛的应用。但是涡街流量计目前还存在一些问题，特别是在低流速、小流量的情况下，频率测量会受到很大干扰，其涡街信号的信噪比非常低，涡街原始信号极易被噪声淹没，无法进行正常的测量。而普通涡街流量计大多采用模拟信号处理办法，正常流量范围内，涡街频率信号稳定、测量精度比较高；但是在小流量时，涡街原始信号非常微弱、难以提取有用信息，导致流量测量量程比很小，测量下限比较高。
　　针对以上问题，该课题研究并设计实现了一款基于MSP430单片机数字滤波的涡街流量计。该数字涡街流量计采用双MSP430单片机的硬件结构，在低流速的情况下，由MSP430AFE253单片机对涡街初始信号进行数字处理、滤波，转换成标准信号；再由MSP430F413单片机进行计频，结合一种多周期测频方法，可以精确测量出涡街频率，进而有效解决了测量精度问题，同时克服了在小流量测量时的量程比问题，相比于普通模拟涡街流量计，在保证测量精度与实时性地基础上降低了系统整体功耗，并实现了4~20mA频率信号模拟量输出。
　　本论文主要是按照涡街流量计的测量原理、工作原理、硬件系统介绍、软件系统介绍以及实验结果分析的顺序进行论述的，并详细介绍了一种多周期测频方法。该涡街流量计二次仪表由3块电路板构成，分别为电源板、信号处理板、数据处理板；针对三块电路板本课题设计了一套完整的硬件电路结构以及软件系统，成功地实现了该涡街流量计可以在不同流量下调整滤波程序的参数，从而能精确的测量涡街信号频率和流量值。最后通过实验表明本数字涡街流量计具有很低的量程下限，扩大了涡街信号测量的量程比，对现场噪声有很强的抑制能力，实时性好，具有很高的应用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 涡街流量计概述

1.2 涡街流量计的国内外研究现状

1.3 本课题的研究内容以及拟解决的关键问题

1.4 预期结果和创新点

1.5 本文章节安排

第2章 涡街流量计的工作原理及信号处理方法

2.1 涡街流量计的工作原理

2.2 涡街流量计信号处理方法

2.3 本章小结

第3章 基于MSP430单片机的多周期测频方法

3.1 传统测频方法分析

3.2 对传统测频方法的改进

3.3 本章小结

第4章 基于MSP430涡街流量计硬件系统设计

4.1 智能芯片的选取

4.2 硬件总体结构设计

4.3 板与板之间连接

4.4 硬件电路设计

4.5 PCB图设计

4.6 本章小结

第5章 基于MSP430涡街流量计软件系统设计

5.1 MSP430F413主控制程序设计

5.2 测频程序设计

5.3 通信协议设计

5.4 软件设计注意事项

5.5 本章小结

第6章 实验结果分析

6.1 多周期测频方法实验结果

6.2 水流量实验结果

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢