基于FPGA和DSP的科氏流量计变送器设计

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：珲童日期：多咿，』．≯关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以

2、公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：聱叁导师签名：卒奎毕国日瓤22"．∥学位论文数据集J唧』脚』0脚舢l舢删删J删舢Y2393072中图分类号TP216+．1学科分类号510．8040论文编号1001020130104密级无学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名许爽学号2011210104获学位专业名称控制工程获学位专业代码430111课题来源企业委托研究方向检测技术与

3、自动化装置论文题目基于FPGA和DSP的科氏流量计变送器设计关键词科氏流量计，数字信号处理，FPGA，DSP论文答辩日期2013-5-25·论文类型开发研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师林伟国教授北京化工大学检测技术与自动化装置评阋人1赵英教授北京化工大学分布式系统与网络计算评阅人2夏涛副教授北京化工大学计算机信息系统评阅人3评阅人4评阅人5椭员蝴王晶教授北京化工大学先进过程控制答辩委员1王学伟教授北京化工大学现代信号处理答辩委员2赵英教授北京化工大学分布式系统与网络计算答辩委员3夏涛副教授北京化工大学计算机信息系统答辩委员4孙洪程高工北京

4、化工大学过程控制答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)Ⅸ学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要基于FPGA和DSP的科氏流量计变送器设计科氏流量计由于其能够直接测量流体的质量流量、精度高、稳定性强、同时可以测量流体的密度和体积流量等众多优点而广泛的应用于流量测量领域。本文针对科氏流量计对精度和稳定性的要求，设计了一种基于FPGA和DSP的科氏流量计变送器。针对科氏流量计信号的特点，本文的信号处

5、理采用数字椭圆滤波器进行滤波处理，将信号中的高次谐波和噪声滤除，再通过STFT和Goertzel算法分别求出信号的频率和相位，以便得出最终的质量流量结果。驱动系统采用正负阶跃和自激振荡相结合的方式，既能能够保证科氏流量计传感器快速起振，又能保证其以自身固有频率稳幅振荡。本文根据变送器数字信号处理和驱动算法的需要，设计了变送器的硬件。硬件采用FPGA(EP3C40Q240C8N)和DSP(TMS320F28335)双处理器架构。FPGA用作数字信号处理和接口逻辑，其并行执行和内部可编程的特点可以满足算法高精度和实时性的要求。DSP用作处理变送器的人机界面，以及计算结果输出

6、，包括4～20mA电流输出、脉冲输出和RS一485总线输出三种方式。人机界面在一块128x64的点阵液晶上实现，菜单的操作和参数的设定是通过4个按键来完成的。在硬件设计完成后，分别对FPGA和DSP的程序进行编写。FPGA的程序采用Verilog语言编写，对于重要的算法单元，使用ModelSim软北京化工大学硕士学位论文件仿真，保证代码时序严格，运行稳定。DSP的程序在CCS3．3集成开发环境中编写。该软件可以对DSP程序在线仿真，加快了开发的进度。调试完成的变送器可以稳定的工作，并且最终通过了系统测试和实验标定，其精度和稳定性都达到了预期的目标。关键词：科氏流量计，数

7、字信号处理，DSP，FPGA摘要ADESIGNOFCoIUOLISFLOWMETERTRANSMITTERBASEDoNFPGAANDDSPABSTRACTCoriolisflowmeterWithitsabilitytodirectlymeasurethemossflowrateofthefluid，highprecision，stability，andcanmeasurethefuiddensityandvolumeflowandmanyotheradvantageswidelyusedinthefieldofflowmeasurem