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1、 双双 MSP430MSP430 单片机结构数字涡街流量计单片机结构数字涡街流量计 2008年 12 月 20 日题 目双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计指 导 教 师马老师职 称讲师主要研究方向 单片机原理理论选题的主要目的和意义：涡街流量计因其介质适应性强，无可动部件，结构简单、使用寿命长等诸多优点，在许多行业得到了广泛的应用。而在低流速下，涡街测量就凸显出了它的不足，涡街信号的信噪比很低，有用信号几乎被噪声淹没。普通的涡街流量计采用模拟信号处理方法，在正常流量范围内，涡街流量信号稳定、测量准确、实时性好；鉴于上述模拟涡街流量计具有的优势以及存在的不足，课题的目的是数字信号处理方法
2、 FFT 应用于涡街流量仪表当中，采用双 MSP430 单片机的结构进行脉冲计频和 FFT 计算，并且实时进行脉冲输出及电流输出。使其具有测量下限低，抗干扰能力强，实时数字信号处理等特点。国内外研究现状和发展趋势：涡街流量计是最年轻的一类流量计,但发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。但是涡街流量计主要存在着两个关键性问题：第一，易受噪声干扰。第二，难以准确测量低流速流量。流量计伴随着现代工业的发展有必要逐步完善其性能,而技术的进步也让流量计的完善成为可能。流量计的发展将向提高流量计的可靠性,提高流量计对介质适应性、对环境的适应性等方面发展。同时随着新的信号处理技术及新的信号传输技术的应用,流
3、量计将向高度智能化方向发展。注：本表由拟担任毕业论文（设计）指导任务的教师填写。教学单位存档。2008 年 12 月 16 日涡街流量计因其介质适应性强，无可动部件，结构简单、使用寿命长等诸多优点，在许多行业得到了广泛的应用。而在低流速下，涡街测量就凸显出了它的不足，涡街信号的信噪比很低，有用信号几乎被噪声淹没。普通的涡街流量计采用模拟信号处理方法，在正常流量范围内，涡街流量信号稳定、测量准确、实时性好；而在小流量下，涡街有用信号微弱、提取困难，导致实际测量下限比较高。 鉴于上述模拟涡街流量计具有的优势以及存在的不足，课题的目的是数字信号处理方法 FFT 应用于涡街流量仪表当中，采用双 MSP
4、430 单片机的结构进行脉冲计频和 FFT 计算，并且实时进行脉冲输出及电流输出。使其具有测量下限低，抗干扰能力强，实时数字信号处理等特点。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势涡街流量计是最年轻的一类流量计,但发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。但是涡街流量计主要存在着两个关键性问题：第一，易受噪声干扰。第二，难以准确测量低流速流量。随着数字信号处理技术的飞速发展及广泛应用，使得复杂的信号处理算法得以在硬件上实现。已研究的 DSP 与 MSP430 单片机相结合的数字涡街信号处理系统，在很大程度上降低了流量测量下限以及提高了抗干扰能力。流量计伴随着现代工业的发展有必要逐步完善其性能,而技术
5、的进步也让流量计的完善成为可能。流量计的发展将向提高流量计的可靠性,提高流量计对介质适应性、对环境的适应性等方面发展。同时随着新的信号处理技术及新的信号传输技术的应用,流量计将向高度智能化方向发展。三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。 从抗干扰和降低功耗两个角度考虑，本课题设计了数字涡街流量计的硬件电路，采用了以 MSP430F149 单片机和 MSP430F1611 单片机为核心的双 CPU 硬件结构。本课题设计的双 MSP430 单片机数字涡街流量计采用了普通模拟涡街流量计的前置放大电路；上述的前置处理电路产生的两种信号分别送到两个单片机中，其
6、中幅值为 3.3V 的脉冲信号送入MSP430F149 中，幅值为 3.3V 的正弦信号送入 MSP430F1611 中。当流量处于正常流速状态时，由 MSP430F149 利用其 I/O 端口的外部中断功能，对前置放大电路输出的方波信号进行计频，从而得出当前频率值；当流量处于低流速状态时，对前置放大电路中低通滤波器输出的叠加了许多干扰的正弦信号进行 A/D 采样，再利用 MSP430F1611 对 A/D 采样的结果进行频谱分析，从而得出此时涡街信号的频率。最后，在整个流量范围内，将得出的频率值以脉冲输出的方式从 MSP430F149 的端口输出同时以模拟电压值的形式从MSP430F1611
7、 的端口输出然后通过 AM402 芯片转换为 420mA 电流输出。目目 录录摘 要.11 引言.11.1 涡街流量计概述.11.2 涡街流量计的主要问题.11.3 课题研究目的及意义.22 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的总体方案设计.22.1 涡街流量计的工作原理.22.2 涡街信号的组成.42.3 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的设计方案.52.4 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的 FFT 频率计算方法 .73 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的硬件设计.93.1 整体硬件电路设计方案.93.2 前置放大电路的设计.93.3 单片机计算及输出
8、电路的设计.163.4 电源电压转换电路设计.193.5 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的硬件低功耗设计.194 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的软件设计.204.1 软件总体设计方案.204.2 MSP430F149 单片机程序设计.204.3 MSP430F1611 单片机程序设计.214.4 双 MSP430 单片机结构数字涡街流量计的软件低功耗设计.235 总结与展望.24参考文献：.25谢 辞.2611双双 MSP430MSP430 单片机结构数字涡街流量计单片机结构数字涡街流量计摘 要：鉴于现有涡街流量计具有的优势以及存在的不足，本课题研究并且实现了一台数字涡街 流量计。该数字涡街流量计采用了双 MSP430 单片机的硬件结构，在低流速小流量的情况下，由 MSP430F1611 单片机实现频谱分析算法来计算涡街信号频率，有效地克服了模拟涡街在小流量下测量 精度不高甚至不能测量的问题，以及具有常规模拟涡街在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优 点。 关键词：涡街流量计、脉冲输出、电流输出、MSP430、流
