單通道時(shí)差法超聲流量計(jì)研發(fā)(硬件部分)【開題報(bào)告】

1、1畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告電氣工程與電氣工程與自動(dòng)化自動(dòng)化單通道時(shí)差法超聲流量計(jì)研發(fā)單通道時(shí)差法超聲流量計(jì)研發(fā)(硬件部分硬件部分)一、選題的背景與意義眾所周知，目前的工業(yè)流量測(cè)量普遍存在著大管徑、大流量測(cè)量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不便等缺點(diǎn)，而超聲波流量計(jì)均可避免這些問題。因?yàn)楦黝惓暡髁坑?jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)量流流量，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小

2、無關(guān)，而其它類型的流量計(jì)的造價(jià)會(huì)隨著口徑增加而大幅度增加，所以口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類型流量計(jì)的性能價(jià)格比越具有優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量儀表。在發(fā)電廠中，使用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，較過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。另外，一般流量計(jì)的精確度會(huì)受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，而超聲波流量計(jì)的精度幾乎不受這些參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量儀表，故可解決其它類型儀

3、表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問題。此外，根據(jù)超聲流量計(jì)的非接觸測(cè)量的特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。所以，超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表所無法比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述這些優(yōu)點(diǎn)，因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。根據(jù)目前超聲流量計(jì)在流體計(jì)

4、量中的優(yōu)勢(shì)與國內(nèi)外應(yīng)用場(chǎng)合情況，不難看出，在提高計(jì)量精度的同時(shí)，研發(fā)特定適用范圍的超聲流量計(jì)具有廣闊的市場(chǎng)前景。一種低功耗、價(jià)格低、長期穩(wěn)定工作的超聲流量計(jì)具有較好的市場(chǎng)前景。同時(shí)，目前國內(nèi)水表大部分采用機(jī)械表或附加一定的電子裝置的機(jī)械表。該類型的機(jī)械表的計(jì)量精度比較低，面臨著更新?lián)Q代，超聲流量計(jì)可以很好地取代該類型的機(jī)械表。本人所選擇的單通道時(shí)差法超聲流量計(jì)具有相對(duì)簡單的硬件電路，相對(duì)的，偏重于信號(hào)的處理與算法，能以較低的研究成本而獲

5、得較好的測(cè)量數(shù)據(jù)。本課題的目的在于研究和開發(fā)出高精度、低成本、低功耗、易維護(hù)的超聲流量計(jì)，通過本項(xiàng)目的研究31超聲波流量計(jì)由MSP430單片機(jī)模塊、電源模塊、超聲波收發(fā)模塊和TDCGP2計(jì)時(shí)模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)模塊圖如下：模塊圖解釋說明如下：MSP430模塊模塊：這是一塊16位精簡指令集單片機(jī)，超低功耗、適合用電池供電長期工作是其特點(diǎn)，它是整個(gè)控制電路的核心，通過定時(shí)器的中斷功能協(xié)調(diào)、控制整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊的運(yùn)行時(shí)序，完成流量的測(cè)量、計(jì)

6、算以及數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)，同時(shí)接受用戶對(duì)儀表測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的設(shè)置等。電源模塊電源模塊：選定主系統(tǒng)工作電壓為3.3V，由一節(jié)3.6V鋰電池經(jīng)過一個(gè)穩(wěn)壓芯片后即可提供。為了降低系統(tǒng)的功耗，本課題采取對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源部分進(jìn)行管理，鋰電池提供的電壓經(jīng)過兩個(gè)穩(wěn)壓芯片進(jìn)入系統(tǒng)，一個(gè)是向單片機(jī)和計(jì)時(shí)芯片提供電源，該穩(wěn)壓芯片一直處在工作狀態(tài)，另一個(gè)是向部分外圍電路提供電源，通過該穩(wěn)壓芯片的使能引腳(受單片機(jī)的控制)來控制是否對(duì)外界提高電源輸出，當(dāng)系統(tǒng)處在工

7、作狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)通過EN引腳，向部分外圍的電路提供電源，當(dāng)系統(tǒng)處在休眠狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓電路停止提供電源，降低系統(tǒng)的功耗。TDCGP2計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)模塊：用于對(duì)超聲波由發(fā)送端至接收端的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，傳播時(shí)間分為順流時(shí)間與逆流時(shí)間，然后根據(jù)兩個(gè)時(shí)間的差值計(jì)算出液體流速，從而計(jì)算出流量。單通道時(shí)，GP2典型分辨率可達(dá)50ps，測(cè)量范圍500ns—4ms。LCD顯示模塊顯示模塊：由于MSP430單片機(jī)的片內(nèi)外圍模塊中有液晶驅(qū)動(dòng)，這樣就不需要再設(shè)計(jì)