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基于PIC32的数字涡街流量计设计方案
更新时间:2019-4-25 9:05:24 浏览:215 关闭窗口 打印此页
[导读] 当流体中安放一个非流线型旋涡发生体时,流体将会在发生体两侧交替分离,并释放出两串规则的交错排列的旋涡。在一定范围内,旋涡分离频率与流量成正比。
 
研究背景与意义
 
1.涡街流量计概述
 
当流体中安放一个非流线型旋涡发生体时,流体将会在发生体两侧交替分离,并释放出两串规则的交错排列的旋涡。在一定范围内,旋涡分离频率与流量成正比。根据这种原理实现流量测量的流量计叫做涡街流量计。涡街流量计具有压力损失小,量程宽,精度高,构造简单牢固,维护方便,安装费用低,使用寿命长,适用范围广等优点,因此被广泛应用于工业管道介质流体的流量测量。
 
2.涡街流量计的研究现状
 
尽管涡街流量计具有众多优点,并在工业生产中得到广泛的应用。但现有的涡街流量计仍存在一些问题,影响到它的进一步推广应用。例如,涡街流量计下限量程高,抗机械振动干扰能力差,在线参数修改不便。因此,解决涡街流量计小流量测量,抗干扰等问题,对于改善现有涡街流量计的测量精度与可靠性具有重大意义。同时,优化涡街流量计的操作界面能极大方便用户的使用。
 
3.涡街流量计研究的意义
 
正如上文所述,涡街流量计具有诸多优点,同时也有许多亟待解决的问题。我们的研究将针对解决小流量测量,抗干扰以及优化操作界面这三个问题展开。通过引入温度、压力补偿,数字信号处理,以及USB数据传输等方法,解决长期阻碍涡街流量计发展应用的瓶颈问题,进一步提高涡街流量计的可靠性,精确性与实用性,推动涡街流量计在工业中的应用。
 
课题研究的特色
 
2.1 创新性
 
⑴当前的涡街流量计没有考虑温度、压力等环境因素对流量测量的影响,测量精度无法提高。我们的研究将增加温度、压力补偿功能,使测量过程不受环境因素影响,结果更加准确可靠;
 
⑵由于当前的涡街流量计采用计数方式计算流速,因此,当流速较低时,计数脉冲信号减弱,造成小流量测量结果不准。我们的研究将使用软硬件合成滤波的方法,提取并放大微弱的低流速信号,实现低流速的准确测量;
 
⑶当前的涡街流量计使用查表和线性拟合的方式计算流量,由于拟合误差的存在,测量结果误差较大。我们的研究将利用解析计算公式,并加入温度压力补偿,实现流量的精确计算;
 
⑷当前的涡街流量计难以消除管道内部的振动噪音,从而造成较大的测量误差。我们的研究将应用数字傅里叶算法,消除涡街信号中的噪音成分,提高涡街流量计的抗干扰能力;
 
⑸通过增加USB数据传输功能,实现流量数据的在线下载与测量参数的在线修改,使得流量计的使用更加方便灵活。
 
2.2 可实现性
 
⑴PIC32系列单片机的高速计算性能使得复杂数字信号处理和计算成为可能;
 
⑵PIC32系列单片机的丰富外设简化了涡街流量计外部电路的设计,使得流量计体积更小,成本更低,可靠性更高;
 
⑶PIC32系列单片机的OTG模块减少了USB数据传输协议的解析量,缩短了USB数据传输的开发周期。
 
方案设计
 
3.1 硬件设计
 
整套系统由主机与从机两部分组成。主机为现场仪表,具备流量测量、显示以及数据记录等功能。从机为手持管理仪表,使用者通过USB连接线,实现对现场仪表的管理。管理内容包括测量数据的下载和测量参数的修改。具体硬件设计如下图所示。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 软件设计
 
软件程序由三部分组成。第一部分为启动初始化程序,它完成涡街流量表的初始状态设定。第二部分为测量主程序,它实现流量信号的采集,处理,计算与显示。第三部分为USB数据传输中断程序,它由按键触发,实现主机与从机间的数据交换。
 
3.3 单片机选型
 
根据设计需求,所选单片机应具有以下基本配置:
 
⑴80MHz主频;
 
⑵32位总线设计;
 
⑶32kB RAM空间;
 
⑷128kB Flash 存储空间
 
⑸2路中断信号通道
 
⑹4路A/D转换通道;
 
⑺4路I/O转换接口;
 
⑻USB OTG硬件解析模块;
 
⑼1路D/A转换通道。
 
因此,我们选择PIC32MX440F128H及以上版本的单片机作为涡街流量计的处理芯片。
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