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基于磁致伸缩液位传感器的船舶液位/容积精确监控系统

作　者: 杨玉玲
导　师: 黄赛清
学　校: 上海海事大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 磁致伸缩传感器液位容积监控系统三次样条曲线
分类号: U672.74
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 258次
引　用: 3次
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内容摘要

随着当今社会对高精度监控技术的需求、传感器技术的发展以及磁致伸缩材料的发现和应用，开发高精度船舶液位容积监控系统具备了理论和社会条件。本文首先分析了几种现有的液位传感器的性能、当今船舶液位容积测量技术和船舶液位容积监控系统对精度提高的需求，在此基础上提出了以磁致伸缩传感器为测量单元，以VB程序实现数据处理和监控界面的高精度船舶液位容积监控系统的研究课题。因为船舶液位容积监控系统的精度主要取决于两方面：液位的精确测量、液位到容积的精确转换，所以本文在实现监控系统的基本功能设计的同时，并主要从以下两方面来提高系统的精度：传感器液位检测单元的改进。也就是磁致伸缩传感器的设计。本文中传感器的设计着重进行了对信号处理和控制系统的研究：完成对单片机软硬件设计、外围电路的设计，从而实现了传感器数据的采集、处理、现场显示及把数据传输到上位机进行进一步处理的基本功能；同时，通过对单片机计数器进行硬件扩展、对温度进行补偿和软件上的数字滤波等措施来实现精度的提高。对液位容积算法的改进。在构建了实际工程应用硬件平台的基础上，不仅实现了理想的人机界面监控功能，而且就液位容积算法进行了改进，来提高计算从液位到容积的转换精度。液位到容积转换不再是将舱容表的各点组成一组折线进行简单的对应，而是根据舱容表构造了三次样条插值函数，再由液位对应在插值函数曲线上得到液位容积。从算法的原理和运行结果来看，这种方法在精度上比原来的方法有很大提高。本文从传感器的设计到人机界面软件的设计、从小的检测量精度的提高到系统的软件算法的改进，完成了液位容积精确监控系统的设计，提高了监控系统的精度。此液位容积精确监控系统不仅可应用于船舶液货运输业，对于其它行业实现液位容积精确测量有很好的借鉴作用，具有一定的经济效益和社会效益。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-17
  1.1 选题的背景及意义  10
  1.2 当今的液位测量主要方法及本文磁致伸缩液位传感器的设计重点  10-14
    1.2.1 浮子式钢带液位传感器  10-11
    1.2.2 电子类液位传感器  11-12
    1.2.3 光学液位传感器  12-13
    1.2.4 液压类液位传感器  13
    1.2.5 同位素/放射性液位传感器  13
    1.2.6 热学式液位传感器  13-14
    1.2.7 磁致伸缩液位传感器技术国内外现状及本文传感器的设计重点  14
  1.3 现有的船舶液位容积算法及本文应用的液位容积算法  14-16
    1.3.1 线性插值构造舱容曲线法  15
    1.3.2 本文应用的液位容积三次样条插值法  15-16
  1.4 本章小结  16-17
第二章船舶液位容积精确监控系统总体设计思想  17-26
  2.1 带微机的磁致伸缩传感器总体设计  17-22
    2.1.1 磁致伸缩液位传感器工作原理  17-18
    2.1.2 实现高精度测量的分析和研究  18-20
    2.1.3 传感器硬件电路总体设计  20-22
    2.1.4 传感器中微机软件设计思路  22
  2.2 计算机监控系统总体设计  22-25
    2.2.1 计算机监控系统基本硬件组成  23-24
    2.2.2 本文对船舶液位容积算法的改进  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章磁致伸缩液位传感器硬件电路设计  26-32
  3.1 硬件部分总体设计  26
  3.2 磁致伸缩液位传感器采用的单片机  26-27
  3.3 液位测量脉冲的发送和接收电路  27-28
  3.4 脉冲间隔时间的检测电路  28-29
  3.5 磁致伸缩液位传感器温度补偿电路  29-30
  3.6 磁致伸缩液位传感器中液位/温度显示电路  30-31
  3.7 磁致伸缩液位传感器测量数据的传送接口  31
  3.8 本章小结  31-32
第四章磁致伸缩液位传感器中单片机程序设计  32-39
  4.1 主程序  32-33
  4.2 液位检测程序  33-34
  4.3 液位检测中用到的主要处理程序  34-38
    4.3.1 数字滤波程序  34-35
    4.3.2 数值处理程序  35-36
    4.3.3 温度补偿程序  36-37
    4.3.4 液位/温度显示程序  37-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章计算机监控系统硬件组成  39-44
  5.1 监控系统硬件组成  39-40
  5.2 计算机液位容积监控系统中的主要部件  40-43
    5.2.1 工业控制计算机  40-42
    5.2.2 分串口电平转换卡  42
    5.2.3 多通道串行数据采集模块  42
    5.2.4 磁致伸缩液位传感器组  42
    5.2.5 其它主要部件  42-43
  5.3 本章小结  43-44
第六章计算机监控软件系统设计  44-62
  6.1 工程要求  44-45
    6.1.1 技术协议软件要求  44
    6.1.2 本文涉及到的监控量列表  44-45
  6.2 VB全局变量定义  45
  6.3 监控系统VB程序总体结构  45-46
  6.4 VB程序主要控件的应用及编程  46-49
    6.4.1 MSComm控件应用  46
    6.4.2 RichTextBOX控件应用  46
    6.4.3 picturebox控件应用  46-47
    6.4.4 Timer控件应用  47-49
  6.5 计算机监控系统人机界面  49-54
    6.5.1 液位容积数据显示主界面(FormMain.frm)  49-50
    6.5.2 报警数据表界面(FormData.frm)  50-52
    6.5.3 参数读取和设置界面(FormOptionBeep.frm等)  52-54
    6.5.4 其它界面  54
  6.6 液位容积算法程序设计  54-60
    6.6.1 现有液位容积分段线性插值方法的弊端  55
    6.6.2 拉格朗日插值函数及其高次插值病态现象分析  55-57
    6.6.3 系统采用的三次样条插值算法原理  57-59
    6.6.4 三次样条插值程序设计和实现  59-60
  6.7 监控系统软件调试  60-61
  6.8 本章小结  61-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
附录  66-82
  附录1 磁致伸缩传感器主要单片机的主要程序段  66-76
    附录 1.1 磁致伸缩传感器主程序  66-68
    附录 1.2 液位测量脉冲中断处理程序  68-69
    附录 1.3 数字滤波程序  69-73
    附录 1.4 温度补偿程序  73
    附录 1.5 液位/温度显示程序  73-76
  附录2 计算机监控系统中主要VB程序段  76-82
    附录 2.1 计算机监控系统中主要的全局变量  76-77
    附录 2.2 数据处理程序  77-79
    附录 2.3 报警记录保存程序  79
    附录 2.4 对外控制输出程序  79-81
    附录 2.5 液位容积三次样条插值算法的程序实现  81-82

基于磁致伸缩液位传感器的船舶液位/容积精确监控系统

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