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基于ARM水泵综合性能测试仪的设计与实现

作　者: 魏思远
导　师: 王安生
学　校: 北京邮电大学
专　业: 软件工程
关键词: 水泵效率温差热力学方法 ARM嵌入式系统
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 73次
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内容摘要

水泵是广泛应用于国民生产、生活中的重要耗能设备,国内各类水泵的耗电量约占全国发电总量的20%以上。随着我国节能降耗工作的深入开展,诸多用泵企业均要求准确、经常性地掌握在用水泵的综合性能,以便评估设备运行经济状况的合理程度。水泵效率是反映水泵综合性能的重要参数,水泵效率的高低不仅直接反映了设备的能源利用率,还可以对设备自身状态和运行经济状况的合理程度做出评价,同时也是设备安排检修的主要依据。因此,要开展水泵节能工作,首先就要准确、经常性地测试出水泵效率值。本课题通过测量温差的方法来计算水泵效率,此种测量方法又称作热力学方法。它的原理是依据热力学第一定律,是一种全新的技术。由于此种方法测量精度高、测量方法和设备简单,对现场工作影响小,因此可广泛适用于工业现场的水泵效率测试。本文对热力学方法测算水泵效率的理论进行了较详细的介绍,推导了计算公式,建立了泵效测算的数学模型,并对主要参数进行确定。给出泵效率计算公式中所需未知数的测试方法及线路设计本仪器利用ARM嵌入式系统来实现水泵综合性能测试仪器的研制,旨在开发出一种操作简单、便于携带又能满足指导经济运行精度要求的测试仪器,将计算机技术、传感器技术、数据采集及处理技术、嵌入式系统技术相结合,实现水泵效率测试的同时,也实现了水泵各项主要参数的测试、数据计算、数据保存、传输及曲线拟合等功能。本文中首次将“外敷式”测量温度、温差的方法应用于热力学法水泵效率测试中。设计并研制了“外敷式”测温探头以及相应的保温绝热装置。此种测温新方法在热力学法测水泵效率中可以达到测试计算所需的精度而且可靠性可以保证,为热力学法测扬程大于50米水泵的效率开辟了一种简便、实用、适用范围更广的测温新装置。样机试制完成后,对不同行业、不同用途、不同性能的多台水泵进行了试验,试验结果证明本测试仪器具有适用范围广、稳定可靠、测试精度和自动化程度高等特点,具有较好的技术经济性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 项目背景及意义  10-11
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 论文的特点和创新点  13
    1.3.1 论文的特点  13
    1.3.2 论文的创新点  13
  1.4 论文结构与主要工作  13-15
    1.4.1 论文结构  13-14
    1.4.2 主要工作  14-15
第二章热力学方法测试水泵效率的原理及方法  15-23
  2.1 热力学方法测试水泵效率的原理及理论推导  15-18
    2.1.1 热力学法测水泵效率的原理  15-16
    2.1.2 热力学法的水泵效率测算表达式  16
    2.1.3 水泵效率测算表达式中各参数、系数的确定  16-17
    2.1.4 实际应用的泵效测算数学模型  17-18
  2.2 各参数的定义及计算  18-19
    2.2.1 扬程的定义及计算  18
    2.2.2 流量的定义及计算  18
    2.2.3 轴功率的定义及计算  18-19
  2.3 温度、压力信号取样装置  19-20
  2.4 测试结果的分析方法  20-22
  2.5 小结  22-23
第三章需求分析与总体设计  23-30
  3.1 需求分析  23-24
    3.1.1 仪器部分的需求  23-24
    3.1.2 PC机数据分析软件的需求  24
  3.2 仪器的总体设计  24-29
    3.2.1 系统的总体设计原则  25-26
    3.2.2 仪器硬件部分的总体设计  26-27
    3.2.3 软件的设计原则  27
    3.2.4 仪器软件部分的总体设计  27-28
    3.2.5 PC机数据分析软件的总体设计  28-29
  3.3 小结  29-30
第四章水泵综合性能测试仪的硬件设计  30-43
  4.1 核心处理器及底板模块  30-31
    4.1.1 处理器及片内外围简介  30-31
    4.1.2 底板结构  31
  4.2 触摸屏及显示模块  31-32
  4.3 传输模块  32-34
  4.4 压力信号采集模块  34-35
  4.5 温差信号采集模块  35-37
    4.5.1 传感器的选用  36-37
    4.5.2 温差采集电路  37
  4.6 “插入式”温度、温差信号采集方式设计  37-39
    4.6.1 “插入式”信号采集方式  37-38
    4.6.2 “插入式”探头设计  38-39
  4.7 “外敷式”温度、温差信号采集方式设计  39-42
    4.7.1 “外敷式”信号采集方式  39-41
    4.7.2 “外敷式”探头设计  41-42
  4.8 电源设计  42
  4.9 小结  42-43
第五章水泵综合性能测试仪的软件设计  43-64
  5.1 软件开发总体方案  43
  5.2 WinCE操作系统的移植  43-44
  5.3 系统应用层总体设计  44-45
  5.4 应用层功能模块设计  45-54
    5.4.1 “零点校准”模块  45-47
    5.4.2 “参数设定”模块  47-48
    5.4.3 “测法选择”模块  48-53
    5.4.4 “历史数据”模块  53-54
  5.5 数据采集与处理  54-57
    5.5.1 数据采集  54-55
    5.5.2 数据处理  55-56
    5.5.3 数据管理  56-57
  5.6 数据库开发  57-61
    5.6.1 数据库创建及库表结构设计  57-58
    5.6.2 数据收集及录入  58
    5.6.3 数据库的移植  58-61
  5.7 PC机数据分析软件设计  61-63
    5.7.1 通信模块的实现方式  61-62
    5.7.2 通讯模块的数据协议  62-63
  5.8 小结  63-64
第六章仪器的抗干扰措施与调试  64-68
  6.1 抗干扰措施  64-65
    6.1.1 硬件措施  64-65
    6.1.2 软件措施  65
  6.2 系统调试  65-67
    6.2.1 硬件调试  65-66
    6.2.2 软件调试  66-67
    6.2.3 通信功能调试  67
  6.3 小结  67-68
第七章比对试验及结果分析  68-73
  7.1 两种测试方法的比对试验  68-71
    7.1.1 比对试验过程  68-70
    7.1.2 两种方法的测试误差分析  70-71
  7.2 两种信号采集方式的比对试验  71-72
  7.3 小结  72-73
第八章结论  73-75
  8.1 论文工作总结  73
  8.2 问题和展望  73-75
附录  75-81
  附录1 仪器外观图  75-76
  附录2 水的密度表  76-78
  附录3 水的等温系数表  78-80
  附录4 “插入式”与“外敷式”测法测试比对表  80-81
参考文献  81-82
致谢  82-83
攻读学位期间的工作成果  83

基于ARM水泵综合性能测试仪的设计与实现

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