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基于超声波的智能型热量表的研究

作　者: 马超
导　师: 庞志锋
学　校: 河北科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: PIC18F8490微型处理器 HART协议 单键处理 模糊推理 超声波
分类号: TH81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文主要是为了解决目前国内外供热现状和积极响应国家最新的关于集中供热政策的改革要求,对一种新型的基于超声波的涡街热量表做了的深入的研究。作为智能仪表的超声波涡街热量表,能够完成测量高精度的温度和流量,而且还能够完成对热流量的计算和显示要求,并且这种热量表还支持HART总线通信,同时它还具有故障的自诊断和存储数据这两种功能。这种新型的热量表还采用了超声波检测涡街信号的方法,它采用了PIC18F8490微型处理器作为核心芯片,在测量方法上采用了模糊推理结合跟踪窄带滤波原理为主的测量手段；测量温度的传感器我们采用了Pt1000高精度铂电阻；作为智能仪器它的通信是采用HART总线的方式来实现的,而且它友好的LCD显示和具有的独特单键设置方法则显得这款仪表的更加的智能化与人性化。软件的设计主要包含了以下几个方面：软件系统的总体结构设计、单键的处理程序、LCD程序、测试温度的程序、以及串口通信协议和一些调试程序等；关于硬件的电路设计主要包括了信号和温度以及涡街信号的检测电路和一些基础的通信电路等。这种新型的热量表不但加入了HART总线通信功能,而且还将数据测量、计算、显示与变送等功能集成在一块,这样它的优点功耗低、可靠性好、测量精度高就更加明显。在文章中对HART协议进行了深入的解析,以此来完成对软硬件设计和编写测试软件来实现对上位机的通讯,并将模糊推理的方法运用在检测流量的实验研究中,把测量得到的数据运用专家系统进行分析研究,并且还有严格的输出控制,这样就可以彻底解决一般仪表的读数失真问题。此外,在文章中通过调试实验样机,很好的证实了该热量表具有微功耗、而且稳定性能也特别好,测量精度高,可靠性能优越、人机界面友好以及具有自诊断能力和适应能力强的优点。在本文的设计中,运用HART总线通信技术使仪表更加的智能化,将模糊推理应用到数据处理上,可以将繁复的数据处理变得更加的简洁,这样就可以解决流量表读数失真的情况,这样就可以很好的提高仪表的可靠性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 国内外热量表概况  9-10
  1.2 热量表流量计的应用现状  10-11
  1.3 国内外涡街流量计研究的最新成果  11-12
  1.4 通信HART总线的研究  12-13
  1.5 本章小结  13-14
第2章 超声波智能型热量表的总体设计  14-37
  2.1 热量表的工作原理  14-19
    2.1.1 温度传感器的选择  15-16
    2.1.2 涡街流量计的测量原理  16-18
    2.1.3 超声波传感器的检测原理  18-19
  2.2 超声式流量计测量原理  19-29
    2.2.1 窄带跟踪滤波器的原理  19-20
    2.2.2 模糊推理原理  20-29
  2.3 热量表的总线通信设计方案  29-35
    2.3.1 现场总线技术  29-30
    2.3.2 HART协议简介  30-35
  2.4 低功耗设计的意义及主要手段  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章 超声波智能型热量表的硬件设计  37-47
  3.1 硬件电路的整体设计  37-38
  3.2 超声波检测信号电路  38-40
  3.3 HART通信协议的硬件设计  40-42
  3.4 温度检测电路的设计  42-43
  3.5 电源切换电路  43-44
  3.6 键显设计  44-46
  3.7 硬件低功耗设计  46
  3.8 本章小结  46-47
第4章 超声波智能型热量表的软件设计  47-59
  4.1 PIC18F8490程序设计  47-52
    4.1.1 MPLAB-IDE编译环境介绍  47
    4.1.2 单片机的主程序设计  47-51
    4.1.3 单片机程序的软件低功耗策略  51-52
  4.2 上位机软件的设计  52-58
    4.2.1 LabVIEW软件简介  52-53
    4.2.2 HART协议软件的实现  53-58
    4.2.3 HART协议的应用层实现  58
  4.3 本章小结  58-59
结论  59-61
附录  61-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间所发表的论文  71-72
致谢  72-73
个人简历  73

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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
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