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基于磁致伸缩液位变送器的设计与实现

作　者: 周泉
导　师: 牛玉刚；沈国彦
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 变送器磁致伸缩硬件设计软件设计通信模拟电路
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要

在传统工业测量过程中,测量仪表通常采用直接接触的方式来测量被测对象。这样由于机械摩擦或化学侵蚀,不仅会大幅度缩短仪表的机械寿命,同时也会影响仪表的测量精度。近年来,随着液位测量在工业自动化中的广泛应用,一种高性能、非接触式的液位变送器的研制已经成为当势所需。强磁性物质在外磁场作用下,它的体积和形状将发生变化,这种变化被称为磁致伸缩现象。针对非接触式液位测量的特殊性,本文根据对磁致伸缩效应的分析,设计了一种基于磁致伸缩的液位变送器,主要工作包括硬件设计、软件设计、结果分析及性能测试几个部分。其中,硬件设计采用电路模块独立设计的方法,包括控制通信模块、模拟电路模块、电源模块及LCD显示模块。控制通信模块分为CPU同AD421、A5191、TDC的数据通信,这三种通信涉及到的通信原理分别为：12C、UART、SPI。软件设计的工作包含了软件管脚的配置、程序整体流程分析以及TDC参数的配置、测量结果的计算。本文从两方面对实现结果进行了分析,首先采用PSPICE对模拟电路进行了部分电路仿真,针对输入源、放大级数、RC参数的不同,对仿真结果进行了对比,验证了设计方案的可行性；其次,本文根据软件硬件两部分的联合调试,对各部分输入输出结果进行了分析。最后,本文通过性能测试(如重复精度、稳定性、非线性性、掉电测试等)分析了变送器的各方面性能。性能测试结果为：重复性和稳定性的误差都低于了设计要求的万分之五,其非线性性、.抗掉电性能都十分高,变送器的设计结果完全达到了预期指标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 磁致伸缩液位变送器研究背景及现状  9-10
  1.2 变送器定义及分类  10-13
    1.2.1 变送器定义  10
    1.2.2 变送器分类  10-12
    1.2.3 变送器主要性能指标  12-13
  1.3 磁致伸缩液位变送器研究目的及意义  13-14
  1.4 主要研究内容  14-15
  1.5 论文工作安排  15-16
第2章磁致伸缩液位变送器工作原理和技术平台  16-22
  2.1 工作原理  16-17
  2.2 变送器所涉及的通信技术  17-19
    2.2.1 HART通信协议基本原理与功能  17-18
    2.2.2 SPI通信原理  18-19
  2.3 软件平台  19-21
    2.3.1 Altium Designer  19-20
    2.3.2 PSPICE仿真  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章磁致伸缩变送器硬件电路设计  22-37
  3.1 控制通信模块  22-30
    3.1.1 CPU的选型C8051F340  23
    3.1.2 CPU与各模块的通信  23-30
  3.2 模拟电路模块  30-32
    3.2.1 激励电路  30-31
    3.2.2 接收处理电路  31-32
  3.3 电源模块及PCB图  32-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章软件设计  37-45
  4.1 端口配置及流程  37-41
    4.1.1 管脚配置  37-39
    4.1.2 整体流程  39-41
  4.2 TDC-GP2配置  41-43
    4.2.1 测量范围、参考时钟的设置  41
    4.2.2 ALU的计算方式  41-42
    4.2.3 设置所需的hit次数  42
    4.2.4 选择触发、中断方式  42-43
  4.3 TDC系统测量  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章实现结果及分析  45-58
  5.1 模拟电路仿真结果  45-52
  5.2 硬件软件联合调试结果  52-54
  5.3 性能分析  54-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章总结与展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62

基于磁致伸缩液位变送器的设计与实现

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