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基于ARM的时差法超声波流量计研制

作　者: 魏守包
导　师: 唐慧强
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 超声波流量计 时间差 LPC2214 uClinux 数字滤波器
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 5次
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内容摘要


超声波流量计以非接触、精度高、使用方便等优点,在气象、石油、化工、医药、水资源管理等领域获得了广泛的应用。近年来,随着数字处理技术和微处理器技术的发展,超声波流量计作为一种测量仪表也得到了长足进步。本课题将ARM微控制器用于流量测量仪表的研制,拓展了仪表的开发空间,符合嵌入式技术的发展方向。本文详细介绍了超声波时差法流量测量原理及基于LPC2214的超声波流量计系统设计方案和软硬件实现方法,并对测时算法进行了详细讨论。通过分析和借鉴国外超声波流量测量的先进技术和方法,得出了改进的时差法测量方案。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路,采用高速模数转换器数字化接收信号,并对ARM系统电路中的电源电路,存储器电路,通信接口电路等进行了详细介绍。系统软件详细分析了嵌入式操作系统uClinux的移植方法,给出构建ARM—uClinux平台的步骤,并基于此平台,完成了系统软件设计。测时算法运用数字滤波技术提高信号信噪比,采用方差比检验方法和插值算法,提高测时定位精度。系统设计良好的人机交互界面和通信调试接口,提高了ARM系统的软件开发调试效率;在保证流量计系统功能的同时,尽量简化硬件电路设计,降低研制成本,使设计更具合理性。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 前言  9
  1.2 超声波流量计发展概述  9-10
  1.3 研究意义及主要工作内容  10-12
第二章 时差法超声波流量计的理论研究  12-17
  2.1 时差法流量测量原理  12-13
  2.2 测量算法的修正  13-17
    2.2.1 流速方程的修正  13-14
    2.2.2 流量方程的修正  14-17
第三章 超声波流量计的总体设计  17-19
  3.1 系统总体设计方案总述  17-18
  3.2 流量测量过程  18-19
第四章 系统硬件设计  19-38
  4.1 LPC2214芯片简介  19-20
  4.2 ARM系统电路设计  20-23
    4.2.1 ARM系统电源设计  20-21
    4.2.2 复位及晶振电路  21-22
    4.2.3 系统地址空间分配  22-23
  4.3 超声波收发电路设计  23-32
    4.3.1 超声波换能器特性及选用  23-25
    4.3.2 发射电路设计  25-27
    4.3.3 超声波接收电路  27-28
    4.3.4 信号调理电路  28-30
    4.3.5 A/D转换电路  30-32
  4.4 系统外围电路设计  32-37
    4.4.1 人机接口  32-33
    4.4.2 JTAG仿真调试接口  33-34
    4.4.3 温度测量和报警电路  34-35
    4.4.4 串行通信接口  35
    4.4.5 以太网接口  35-36
    4.4.6 USB接口  36-37
  4.5 硬件抗干扰设计  37-38
第五章 系统软件设计  38-50
  5.1 软件总体方案  38
  5.2 LPC2214启动代码设计  38-40
  5.3 uCLinux操作系统移植  40-42
    5.3.1 建立宿主机交叉编译环境  40-41
    5.3.2 定制内核  41-42
    5.3.3 根(root)文件系统制作  42
    5.3.4 系统加载  42
  5.4 系统程序设计  42-50
    5.4.1 驱动程序原理  43-45
    5.4.2 超声波收发程序设计  45-46
    5.4.3 显示驱动程序设计  46-47
    5.4.4 键盘与温度测量程序设计  47
    5.4.5 串口通信中断服务程序设计  47-48
    5.4.6 网络通信程序设计  48-49
    5.4.7 USB通信程序设计  49-50
第六章 测时算法设计  50-57
  6.1 信号滤波  50-53
    6.1.1 IIR滤波原理  51
    6.1.2 滤波器性能分析  51-53
  6.2 测时算法  53-54
  6.3 测量误差分析  54-57
第七章 结束语  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 流量测量仪表
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