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基于FPGA和MCU模式的新型超声波明渠流量计设计

陈大新  
【摘要】: 流量测量在工业生产、农田水利、环境保护、国防事业、交通运输等诸多领域中占有及其重要的地位,对于保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有至关重要的作用。明渠流量测量是流量检测的一个重要分支,广泛应用于城市供水引水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及农业灌溉等场合。这些场合的被测液体大都具有较强的腐蚀性和较多的杂质,而超声波明渠流量计采用非接触法进行测量,因而在这些场合得到大量应用。在目前的市场上,进口超声波明渠流量计价格昂贵,而国产超声波明渠流量计虽然价格低廉,但一般技术水平较低,在产品功能、测量精度和可靠性等方面和进口产品还有差距。 为了设计出一种功能完善、精度和性价比较高的超声波明渠流量计产品,本论文课题将FPGA(Field Programmable Gate Arrays,现场可编程门阵列)技术引入超声波明渠流量计设计,提出了一种全新的基于FPGA和MCU模式的设计方案。系统以常用的8位增强型微控制器(MCU)为核心,充分发挥FPGA运行速度快、内部资源丰富的优势,将其用于超声波信号处理,能够显著提高计时精度,并实现一些抗干扰逻辑设计;系统不仅实现了流量测量的基本功能,也设计了显示、键盘、串行通信、电流环输出和继电器输出等完备的功能,能够满足绝大多数应用场合的需要;在设计中,我们也兼顾了系统性能和器件成本的关系,有效地控制和降低了整套仪表的成本。从而圆满完成了论文课题的设计任务。 本学位论文各章节内容安排如下:首先是前言,介绍本课题的项目背景、课题的目的和意义;第一章流量测量概述。第二章介绍系统的总体方案设计。第三章为系统硬件设计,详细介绍主仪器和变送器系统硬件的设计思路和设计方案,第四章为系统软件设计。介绍了变送器和主仪器系统软件的总体设计。第五章为系统的开发与调试,简要地介绍了本系统所采用的开发、调试工具。


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