基于ARM的超声波流量测量仪的设计与实现

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基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究

基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究随着工业化和城市化的发展，流量计作为一种重要的测量工具，被广泛应用于电力、石油、冶金等领域中的流量测量系统中。

而基于超声波检测技术的流量计，具有无机械损耗、高精度、不易受流体性质和控制对象变化的影响等优势，成为当前不可或缺的一种流量计。

本文将基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究进行探讨。

一、超声波测量原理简介超声波的特性是频率高于人类听力范围的声波。

超声波测量技术是指利用超声波在介质中传播时的速度、衰减以及反射等物理特性，来测量和分析研究物质、介质等参数。

基于超声波检测技术的流量计，主要是利用超声波在介质中传播时的速度和路径长度，根据声速和路径长度的关系，计算出流量。

超声波测量技术利用的物理原理主要有三种：时间差法、多普勒频移法和声阻抗法。

其中时间差法是指利用超声波在空气和介质的界面上反射的时间差来计算物体距离或流量，应用最为广泛。

二、基于超声波检测技术的流量计设计基于超声波检测技术的流量计，通常由传感器、变送器、显示器等组成。

其设计的基本原理是利用超声波传感器在流体中传播时的速度和路径长度，计算出流体流速来，从而实现流量测量。

1. 传感器的设计超声波传感器是流量计最关键的部分，其性能指标的好坏直接影响到流量计的精度和可靠性。

超声波传感器主要有接触式和非接触式两种类型。

接触式传感器对介质有侵入性，需要进行维护和清洁，而非接触式传感器则对介质无侵入性，可长时间稳定工作。

传感器的工作原理是利用超声波在空气和介质的界面上反射，通过测量匹配关系得到流体流速。

传统的传感器主要采用两个超声波晶体，一个作为发射器，一个作为接收器，在介质中传播，利用超声波在介质中的传播速度和路径长度计算出流速。

而现代的传感器运用更为先进的数字信号处理技术，提高了测量精度和信噪比。

2. 变送器的设计变送器是流量计传感器信号处理的重要组成部分，也是保证流量计稳定工作的重要保障。

变送器的主要功能是将传感器采集到的流量信号转换成标准的电信号输出，从而实现远程控制和显示。

基于ARM的超声波流量计A_D转换电路设计

基于ARM 的超声波流量计A /D 转换电路设计文章编号：1001-9944(2010)11-0018-04张兴红1，张慧1，王先全1，冯济琴1，王生宝2（1．重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重庆400054；2．甘肃省武威市凉州区电力局，武威733000）摘要：针对高精度超声波流量计价格不菲的缺点，以时差法超声波流量计为理论基础，借鉴国内外先进的超声波流量测量技术，选用高性价比的12位低功耗模数转换器ADC12DL040芯片和ARM 处理器LPC2138设计了基于ARM 的超声波流量计A /D 转换电路。

实验结果表明所设计的A /D 转换电路很好地实现了超声波回波信号的高速高分辨率采样，A /D 的最小分辨时间为0．305ns ，在解决超声波流量计关键技术问题的同时降低了生产成本，为低成本高精度超声波流量计的研制打下了坚实的基础。

关键词：超声波流量计；时差法；A／D 转换；ARM ；数据采集中图分类号：TP 212文献标志码：ADesign of the A /D Conversion Circuit for Ultrasonic Flowmeter Based on ARMZHANG Xing-hong 1，ZHANG Hui 1，WANG Xian-quan 1，FENG Ji-qin 1，WANG Sheng-bao 2（1．Engineering R esearch C enter of Mechanical Testing Technology and Equipment ，Ministry of Education ，Chongqing U-niversity of Technology ，Chongqing 400054，China ；2．Wuwei Liangzhou Electric Power Bureau ，Wuwei 733000，China ）Abstract ：Because the high －accuracy ultrasonic flowmeter has shortcomings of expensive ，it has designed the A /D conversion circuit for ultrasonic flowmeter based on ARM．On the base of time－difference method ultrasonic flowmeter theory and the domestic －overseas advanced skill ，a cost －effective low －power 12－bit ADC12DL040chip and ARM processor LPC2138were chosen for the design．The experimental results indicated that the designed A /D conversion circuit is able to accomplish the high－speed and high－resolution ultrasonic echo signal sampling ，the minimum resolu-tion time of A /D conversion circuit is 0．305ns．The design and implementation of A /D conversion circuit for ultrasonic flowmeter not only lower the production cost ，but also lay a solid foundation for the low－cost high－accuracy ultrason-ic flowmeter research．Key words ：ultrasonic flowmeter ；time－difference method ；A /D conversion ；ARM ；data acquisition收稿日期：2010-05-28；修订日期：2010-06-11基金项目：重庆市自然科学基金项目资助（CSPC2008DD2336）作者简介：张兴红（1970－），男，工学博士，教授，主要从事计算机辅助测试技术与仪器方面研究；张慧（1983－），女，在读硕士研究生，主要从事计算机辅助测试技术与仪器方面研究。

基于ARM11的多声道超声波明渠流量监测系统设计

基于ARM11的多声道超声波明渠流量监测系统设计张庭亮;甄倩倩【摘要】为了解决传统明渠流量监测系统中时差法测量收发两端数据联动困难、无法测量较宽明渠流量的问题,提出了一种基于多声道时差法的明渠流量监测系统的设计方案.为了提高波形信号提取及接收的准确度,自行设计了三级可控增益放大滤波电路.该流量计不仅抗干扰能力强、测量精度高、稳定性好,且可定制性使得系统更灵活,更易于维护.%In the traditional method of time difference measurement in open channel flow monito-ring system,sending and receiving data on both ends of the linkage is difficult.In order to solve the problem of wide open channel flow,the paper proposed a design scheme of channel flow mo-nitoring system based on the multi-channel time difference method.In order to improve the accu-racy of the extraction of the waveform signal and the received signal,a three-stage controllable gain amplification filter circuit is designed.The flowmeter not only has the advantages of strong anti-interference ability,high measurement accuracy and good stability,but also can make the system more flexible and easier to maintain.【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(032)003【总页数】5页(P43-47)【关键词】超声波;明渠流量;无线传输;测量与控制【作者】张庭亮;甄倩倩【作者单位】安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳师范学院软件学院,河南安阳455000【正文语种】中文【中图分类】TP271.5不论是农业灌溉方式的改进、城市污水处理能力的提高还是江河水资源现状的监测，都需要流量检测的支持[1].国家正在实施的大中型灌区节水改造工程的重点是干支渠的衬砌与配套，灌区水利信息管理的实时化与现代化，内容相当广泛；其中明渠流量实时监测是其核心内容之一，是推动计量灌溉，促进灌区节水和提高农作物水分生产率的基础.现在，灌区应用很广泛的流量测量方法主要有：容积式测量方法、压差式测量方法、流体阻力式测量方法、速度式测量方法[2].随着灌区流量测量的要求不断提高，精度不断细化，很多方法由于施测计算复杂、成本较高等因素逐渐接近淘汰.超声波在流体中传播时，将会携带流体流速信息.通过检测超声波传播速度信息，可以获得液体的流速信息，进而获得流量信息.在超声波流量计的研究方面，很多学者[3-10]已经做了一些工作.在前人工作的基础上，提出了以多声道时差法为基础，使用高性价比、低功耗S3C6410为CPU，实现实时通讯传输的监测系统，具有较好的实时性和测量精度.1 设计原理1.1 时差法测量原理在明渠的两侧，按一定的倾斜角t2安装一对波源A与 B ，由A向B传播的超声波顺流速度为超声波理论流速加上流体的流速，由B向A传播的超声波逆流速度为超声波理论速度减去流体的流速.顺流与逆流之间的差值结合已知的超声波本身的理论速度就可以得出流体的流速[11-12].图1显示了具体的测量过程.图1 测量过程Fig.1 A schematic diagram of the measurement process顺流传播的时间t1为(1)逆流传播的时间t2为(2)式中:D为管道直径；v为流体的流速；c为静水超声波速.传播时间差为(3)由于流速远小于超声波自身的传播速度，在三角经验公式中，可以化简c2-v2cos2θ≈c2，进而得到简易公式(4)此时可得流体的流速为(5)工程应用中，我们可以看出，以上步骤所求的流速是一段距离内的平均速度，要获得明渠横断面上的瞬时速度，必须引入流体动力学中的分布系数进一步修正.1.2 干扰类型与修正原理实际测量中，流体温度及环境温度的变化会造成流体粘度及雷诺数的相继改变.进而改变传播过程中的阻力因素，波速也因此改变.对于温度的变化有两种修正方法，即数学模型法和温度补偿法.数学模型法对测量系统的总体精度提出了更高的要求，在后期信号处理过程中稍有偏差，整个实验结果便会因为蝴蝶效应归于失败.因此，系统采用了温度补偿算法.温度补偿算法通过测量流体的实时温度，对比获得检测瞬间超声波自身速度，在计算过程中使用这一数值，保证温度这一影响因子在检测瞬时的确定性与准确性.而且，温度测量的完成，也可以从侧面对实际测量结果进行校对，避免粗大误差.不论从设计精度的角度还是从实际应用的角度，背景噪声以及超声波本身的混响都是不容忽视的.为了消除噪声及混响的干扰，硬件电路设计中，每一级信号放大后都加上了滤波电路.通过三级放大滤波，噪声及混响因素产生的干扰可以消除.单声道的测量只能确定某一层流的速度或者说是某一截深度水流的平均流速.这一流速不能代表整个横断面的平均流速.采取多声道测量，取相邻声道的数据求得这两个声道围成的区域面积的平均流速，区域面积流速积分获得区域流量；再将多声道测量所得的数个区域流量求和得到很断面总体体积流量.理论上分析，多声路测量中的声道数与测量精度成线性增长.但是工程实际的测量经验得出，声道数量达到五声道后，增加声道的方法，不仅不会减小正向误差，相反，逆向误差的出现降低了测量精度.而且，市场上的测量探头成本不低，增加声道，增加了翻倍的成本.所以，设计采用五声道测量.1.3 系统组成超声波流量测量采用多声道时差法，为了便于实现温度补偿，要求测量时间足够精确.为了解决天然河道布线困难，维护不易，超声波发送与接收以及时间测量联动性差的问题，采用无线传输实现指令下达以及数据传输.收发切换可以更好的利用无线模块收发一体以及超声波换能器收发一体的特点，消除非对称性误差.系统的总体设计为：电源模块，S3C6410中央处理器模块，收发切换模块，时间测量模块，无线模块，超声波收发模块，显示模块，存储模块，键盘输入模块，通讯模块，温度测量模块.系统框图如图2所示.图2 系统结构图Fig.2 The structure diagram of the system2 系统硬件设计超声波硬件设计原理繁杂，结构模块较多，篇幅所限，仅对有改进的模块设计予以介绍.2.1 超声波收发模块的设计超声发射电路采用了单脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成.TDC-GP2是ACAM公司通用TDC系列的新一代产品.它具有更高的精度和更小的封装，尤其适合于低成本的工业应用领域.GP2具有高速脉冲发生器，停止处理信号的使能端，能实现温度测量和时钟控制等功能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用.采用TDC-GP2产生高速周期脉冲，经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器产生超声波.这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载(超声换能器)阻抗匹配.变压器与探头接成单端激励方式，具体的发射电路原理连接如图3所示.TDC-GP2发出的脉冲信号经放大和升压，在适合的能量区间值获得后驱动换能器.图3 发射模块硬件图Fig.3 Schematic transmitter module超声波在传播过程中，由于各种干扰不断减弱，接收端所能接收到的超声波信号十分微弱，有可能只有几毫伏.对这样小的信号进行检测处理，要想获得较为理想的效果，放大电路是重中之重.为了提高系统的精度，必须将系统中存在的噪声滤除.图4所示为超声波接收电路的整体硬件框图，采用三级滤波放大.图4 超声波接收电路硬件框图Fig.4 The block diagram of ultrasonic receiver circuit hardware接收模块的第一部分为高通滤波放大.选用 OPA2350 运算放大器，这种运放是高速单电源满幅度运放，带宽很宽，可达为38MHz.输入阻抗达 1013，适于匹配.放大 40dB.第二级为可控增益放大电路，由于采用多声道测量，每个声道都单独自成一体.为了实现整个系统的精确测量，必须根据接收信号的强度对每一路信号进行智能可控调节.经过多次实测，最后获得适合于某一特定区域的阈值电压与增益倍数.选用 AD603.第三部分与第一部分所选芯片相同，但是设计中电路采用带通滤波放大.三级放大电路设计如图5所示.(a)第一级放大电路 (b)第二级放大电路 (c)第三级放大电路图5 超声波接收电路Fig.5 Ultrasonic receiving circuit2.2 时间测量模块的硬件设计采用 TDC-GP2 的测量范围 2 来测量超声波传播时间.在这种模式下，TDC 的高速单元并不测量整个时间间隔，仅仅测量从 Start 信号上升沿到下一个基准时钟上升沿和 Stop 信号上升沿到下一个基准时钟上升沿的时间间隔(fine-counts)，而在两次精密测量之间，TDC 记下基准时钟(Tref)的周期数 (coarse-count).时间测量电路如图6所示.图6 时间测量电路Fig.6 Time measurement circuit2.3 无线传输模块的总体硬件设计传统测量收发两端通过布线达到通讯的目的，实用性较差，限制了明渠的宽度.针对这一问题，在收发端采用无线模块采用C51RF-CC2520开发板.开发板集成了射频发送、接收，数据存储等功能，实测直径50m对发对收信号稳定.射频芯片采用CC2430. 不仅可以实现收发两端实时通信还可将测量数据及时传输给上位机.原理图如图7所示.图7 无线传输硬件原理图Fig.7 The schematic digram of wireless transmission hardware3 系统软件设计系统测量过程的实现：首先主机中央处理器下达运行指令，无线传输模块将指令同时发送到超声发射与超声接收模块.完成接收、测差、数据传输等功能.超声接收模块将接收时间返回处理器，处理器经过计算考虑无线传输带来的时间迟滞，获得超声波在水流中的传播时间，完成硬件部分的测量功能，中央处理器通过算法计算获得流量，第二次测量，收发位置反转，流程相同.具体的流程图如图8所示.图8 系统程序流程图Fig.8 Flow chart of the system program4 结束语本文利用高性价比、低功耗ARM 11处理器，结合自行设计的收发硬件模块，实现了多声道流速数字化采样计算，并转换为流量.通过无线传输模块实现了收发联动与上位机传输.设计中的不足有：流速断面仍需人工给出，没有实现水速与水位的多点实时测量.无线传输自身存在的发送数据丢失以及发送过程时间延迟的不固定对后期数据处理产生影响.要解决这些问题还需开展更加深入的研究.参考文献:[1〗赵育. 超声波流量计在水库供水中的应用与维护[J]. 吉林水利, 2016(1):43-44.【相关文献】[2]闫菲. 多脉冲时差法超声波流量计的设计与实现[D]. 大连：大连理工大学, 2006.[3]马龙博, 陈果夫, 张宁宁. 便携式超声波流量计的量值溯源方法及流量测量研究[J]. 自动化与仪表, 2017(1):30-33.[4]李冬, 苑修乐, 杜广生,等. 超声波流量计中反射装置的声-固耦合分析[J]. 仪器仪表学报, 2015, 36(9):1 945-1 952.[5]汤卓远. 多声道气体超声波流量计场补偿关键技术研究[D]. 杭州：浙江大学, 2016.[6]肖永良. 高精度超声波流量计的研发[D]. 成都：电子科技大学, 2016.[7]刘宇杰, 李斌, 刘振凯,等. 基于TDC-GP22的超声波流量计设计[J]. 工业控制计算机, 2015,28(3):166-167.[8]DEWIN M S. Ultrasonic flow measurement for pipe installations withnonideal conditions[J]. Joural of Irrigation and Drainage Engineering,2012，138(11):993-998. [9]ZHAO H, PENG L, TAKAHASHI T, et al. CFD aided investigation of sound path position and orientation for a dual-path ultrasonic flowmeter with square pipe[J]. Sensors Journal,2015,15(1):128-137.[10]SHI S H, LIU Z H G, SUN J T, et al. Study of errors in ultrasonic heat meter measurements caused by impurities of water based on ultrasonic attenuation[J].Journal of Hydrodynamics，2015,27(1):141 -149.[11]陈波, 李少波. 基于时差法的超声波流量计硬件系统设计[J]. 信息通信, 2015(12):68-70.[12]吴春华. 时差法超声波流量计的研制及流场适应性研究[D]. 杭州：浙江理工大学, 2015.。

基于ARM9的超声波气体流量计

用于ＵＢ通信Ｓ用于历史记录及存储
人机接口
这里采用脉冲群触发方式，冲群信号由￥ｃ４０产生，脉３２４
由于超声波触发过程为每个上升沿触发，以为了得到群脉冲所
１个ＳＤ卡接口ＬＤ和触摸屏接口Ｃ１Ｍ有源时钟２
的上升沿部分，串入了电阻与电容构成的微分器，中Ｒ这里其Ｃ
中图分类号：Ｐ１ＴＳ４文献标识码：Ａ文章编号：０２—１４（０２Ｏ０３０１０８１２１）１— ０２— ２
ＵｌａｏｉｓＦｏｔｓｎｃＧａｌｗｍｅｅｓｄｏｒｔｒＢａｅｎＡＲＭ９
Ｌｎ，ＨＯＭｉ－ａＩＭｉｇＺＵｎｌｎ
逆流传播时间为：
．
￡Ａ＝ — Ｂ
Ｃ－ＶＯＯＣＳ
（）１
顺流传播时问为：
‰志
因此流体的速度公式为：
＝
（２）
。／２（）ｎ一ｓｉ
㈩
图２超声波气体流量计总框图
然后在给定时间内可计算出流体流过的体积，过测量再通
管道内气体的温度和压力转换为标准气压下的提体积流量。
２系统方案与硬件设计２１总体设计．
设计中的超声波探头为发射／接收型传感器，声波发射超与接收的功能切换由发射／接收切换电路完成，当Ａ处于发即射状态时，于接收状态，Ｂ处两探头分别连入发射、接收电路，接收到的超声波信号经前置放大滤波处理。由于管道内气体

基于超声波技术的流量测量仪器设计

基于超声波技术的流量测量仪器设计超声波技术在流量测量领域中得到广泛应用，主要是因为它具有非接触、无压力损失、高精度等优点。

本文将介绍基于超声波技术的流量测量仪器的设计原理和应用。

首先，我们来了解一下超声波技术的原理。

超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。

超声波在液体中传播时，会受到液体流动的影响而发生频率和振幅的变化。

通过测量超声波的传播时间和频率的变化，可以计算出流体的流速和流量。

基于超声波技术的流量仪器主要由发射器和接收器两部分组成。

发射器发射超声波脉冲信号，经过流体后由接收器接收，并测量传播时间和频率的变化。

根据测量结果，可以使用一定的算法计算出流体的流速和流量。

设计超声波流量仪器时，需要考虑多种因素。

首先是传感器的选择。

根据不同的应用环境和要求，可以选择不同类型的超声波传感器，如单通道或多通道传感器，固定或便携式传感器等。

其次是传感器的安装位置和方式。

为了获得准确的测量结果，传感器应安装在流体管道的合适位置，并采取适当的方式固定，以避免外界干扰。

此外，还需要考虑信号处理和数据分析。

传感器测量到的超声波信号需要经过滤波、放大和数字化等处理，以提高测量精度。

接下来，需要使用合适的算法对数据进行分析和处理，以计算出流体的流速和流量。

常用的算法包括时差法、频率移位法和相关法等。

基于超声波技术的流量测量仪器在许多领域都有广泛应用。

例如，它可以用于工业过程控制，监测工业流体的流速和流量，以确保生产过程的安全和高效。

此外，它还可以用于环境监测和水质管理，监测水流的流速和流量，以及处理废水和供水系统。

总而言之，基于超声波技术的流量测量仪器具有非接触、无压力损失和高精度等优点，适用于多种应用场景。

通过合适的传感器选择、信号处理和数据分析，可以获得准确的流体流速和流量数据，为工业过程控制和环境监测等提供有力支持。

未来，随着超声波技术的进一步发展，相信超声波流量测量仪器将在更多领域中得到应用和推广。

毕业设计(论文)-基于单片机超声波测距仪[管理资料]

摘要随着社会经济的发展和交通运输业的不断兴旺，汽车的数量在不断的增加。

交通拥挤状况也日益严重，撞车事件也经常发生，造成了很多不可避免的人声伤亡和经济损失，面对这种情况，设计一种响应快、可靠性高并且比较经济的汽车防撞预警系统显得非常的重要。

超声波测距法是一种最常见的距离测量方法。

本文介绍的就是利用超声波测距法设计一种倒车防撞报警系统。

首先，论文在分析超声波的物理特性、超声波传感器的特性、超声波测距原理等基础上，结合本课题，给出了几种测量方案的比较，对影响本系统测量精度的因素和干扰进行了详尽的分析，制定了相应的解决措施;其次，在硬件选择方面，选择性价比高的AT89C52单片机、LM324放大器、采用低压差线性电压稳压器、较高内阻的压力传感器;在软件方面，采用了功能模块化，为以后的升级或者扩展做准备。

同时采用间歇式的工作模式，非采样期间只有显示器、稳压器等处于活动状态;在保证性能要求的情况下有效的提高了器件寿命。

为了降低整个系统的成本，在满足性能要求的前提下，选择低成本元器件，简化系统设计;采用多点校准技术和线性插值方法，降低了对传感器的线性的要求，扩大了可选传感器的范围，提高了产品的通用性和可扩展性，提高了产品的竞争力，从发射探头到接收探头的那一段“敏感时间”，采用了“延时接收”的方法,进行了测试试验。

研究表明，系统运行稳定，，实现了预期要求。

关键词：倒车防撞；超声波测距；超声波；AT89C52ABSTRACTWith the social and economic development and transportation continues to boom, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serous, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collision avoidance system.First,a particular introduction of the physical characteristic of the ultrasonic and characteristics of ultrasonic sensors in this paper. Combining with the characteristics of the subject, several schemes of measurement are put forward and fully analyzed in term of error, advantage and disadvantage .The factors and interferences which will make an effect in measurement accuracy are analyzed at large and the solution is put forward. Second, In the hardware aspect, the AT89C52 MCU with low capability/price ratio, LM324 amplifier, LED monitor, and pressure sensor with higher resistance are used to build the system, and a low linear voltage regulator is chosen to lower the voltage supply of the whole system. As for the software design, preparing for update or the expansion later, the design has used the sub-sequencing functions, according to the module's realization request. Enhancing the To avoid the sensitive time in which ultrasonic transmit from transmitter to receiver directly, the method of receiving lapsed is adopted. Experimental results show that the operation of the system is stable. From cm to , the system measurement error is less then l cm, the results agree well with our demands.Key words:reversing collision avoidance; Ultrasonic Distance Measure; ultrasonic wave; AT89C52目录1 绪论 (3)论文研究的背景和意义 (4)超声波测距领域的历史和国内外发展现状 (4)本课题的研究方法 (6)2超声波测距的基本理论及测量方案的选择 (6)超声波的定义 (6)超声波的波型 (7)超声波的传播速度 (7)超声波测距的原理 (8) (9)方案选择的论证和选择 (10)设计方案一 (10)方案设计二 (11)方案设计三 (11)方案设计四 (12)3超声波测距系统设计 (13) (13)AT89C52单片机的介绍 (13)单片机系统及显示电路 (15)超声波检测接收电路 (16)超声波发射电路 (17)PCB电路的抗干扰处理 (18) (18)超声波测距器的的算法设计 (18)系统的主程序 (19)超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (20)系统的软调试及性能分析 (21)4误差分析 (22)超声波回波声强的影响 (22)超声波波束入射角的影响 (22)超声波传播速度的影响 (23)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录一原理图 (27)附录二源程序 (28)1 绪论论文研究的背景和意义测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法。

基于ARM的时差法超声波流量计研制的开题报告

基于ARM的时差法超声波流量计研制的开题报告
一、研究背景
超声波流量计是一种应用广泛的非接触式流量测量设备，其工作原理是
利用超声波在流体中传播的特性，通过测量超声波在流体中传播的时间
差来计算流量。

此种传输方式特点是不脏、不堵、不流失、不压降、不
腐蚀，同时能测量多种流体，因此得到了广泛的应用。

现有的超声波流量计一般采用基于数字信号处理器DSP的实现方案，这
种方案主要缺点是复杂度较高且成本较高。

基于ARM架构的流量计，因具有结构简单、成本低、稳定可靠等优点，在近些年成为了一种新的趋势。

二、研究目的
本研究旨在研制一种基于ARM架构的时差法超声波流量计，该流量计采
用ARM微控制器作为主控制芯片，利用超声波在流体中传播的时间差来
计算流量。

三、研究内容
1. 研究时差法测量原理及其在超声波流量计中的应用；
2. 设计基于ARM架构的时差法超声波流量计硬件电路，并进行电路设计、原理图绘制和PCB布局；
3. 编写ARM控制器的应用程序，并实现流量计的自动校准、测量及结果显示功能；
4. 进行流量计的性能测试，包括灵敏度、可靠性、测量误差等指标的测
试和分析。

四、研究意义
1. 通过研制基于ARM架构的流量计，可以降低设备成本，增强设备在市场中的竞争力；
2. 开发并使用基于ARM的流量计，可以增加该类设备在各行各业的应用范围；
3. 该研究可为后续类似研究提供参考。

五、预期成果
1. 硬件电路设计图和PCB布局图；
2. ARM控制器的应用程序；
3. 时差法超声波流量计的样机；
4. 流量计性能测试报告。

基于ARM的便携超声检测系统的研制

仪器方法NDT无损检测2009年第31卷第5期基于ARM的便携超声检测系统的研制廖高华1,彭聪1,黄良兵2(1.南昌工程学院机械与动力工程系,南昌 330099;2.西安科技大学机械工程系,西安 710054)摘要:为了提高超声检测的效率和可靠性,研制了基于ARM的超声波数字化检测仪。

检测仪利用现场可编程门阵列(FPGA)强大的逻辑处理,通用串行总线(USB)接口与PC机相连构成主机/从机系统,实现了超声检测的信号发射/接收、采集处理、存储显示和传输。

试验表明,检测仪增益达120dB,最小调节步长1dB,探测灵敏度余量>60dB,动态范围为29~31dB,具有数据传输快、精度高、性能稳定、便于携带和具备热插拔性的优点。

关键词:嵌入式计算机;超声波检测;抗干扰设计;数据采集中图分类号:T N911.7;T G115.28 文献标志码:A 文章编号:1000 6656(2009)05 0396 04Design of Portable Ultrasonic Testing Device Based on ARMLIAO Gao Hua1,PENG C ong1,HUANG Liang Bing2(1.Depar tment of M echanical and Po wer Eng ineering,N anchang Institute of T echnolog y,Nanchang330099,China;2.Depart ment o f M echanical Eng ineer ing,Xi an U niv ersit y of Science and T echno log y,Xi an710054,China)Abstract:In or der to impro ve the efficiency and r eliability of the ultr aso nic testing,a ty pe o f ultrasonic testing inst rument of high rat io o f perfor mance to co st was developed successfully.W ith the help of Embedded Co mputer and taking full use of the tr aditional ultrasonic testing dev ice,U SB,elect ronic techno lo gy and dig ital signal pr ocessing,the system r ea lized data collectio n,save,display,analy sis and pro cessing.It show ed the adv antag e o f small,lo w cost,plug and play,stabilit y,hig h rate,efficiency and reliability.A very g ood fo undation fo r the developing o f imag ing,intellig ent and automat ion of ult rasonic testing w as est ablished by this device.Keywords:Embedded co mputer;U lt rasonic testing;A nti jamming desig ning;D ata co llect ion超声仪器的发展水平直接影响着超声检测技术的发展,数字化、智能化、图像化和小型化是超声检测仪器的发展趋势。

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２００８年
仪表技术与传感器
ＩｓｍｍｅｔＩｃｎｑｅａｄＳｎｏｎｔｎ、ｈｉｕｎｅｓｒｅ
２８００Ｎｏ２．１
第１２期
基于Ａ
的超声波流量测量仪的设计与实现
王明伟姚展李秦君，，
中图分类号：Ｐ１Ｔ２６文献标识码：Ａ文章编号：ｏ２—１４（ｏ８１ｏ３０１０８１２０）２一０６— ２
Ｄｅｉｎａａｉａｉｎ０ｔａ０ｉ０ＤｅｅｔｒＢａｅｎＡＲＭｃ０ＯｙｓｇｎｄＲｅＩｔ０ｆＵｌｒｓｎｃＦｌｗｔｃ０ｓｄ０ｚＴｅｈｎｌ技大学电气与信息工程学院，西西安７０２；．阳师范学院物理系，西咸阳１陕陕１０１２咸陕
摘要：传统的功能单一、精度低、操作复杂的液体流量检测仪已无法满足工业企业的实际生产需求，研发了一种精度高、定智能化的液体流量在线测量仪器。进一步研究了时差法测量圆形管道流体流量的测量理论，采用新一代嵌入式处理器ＡＭＲ９和Ｌｎｘ操作系统，ｉｕ设计实现了一种新型的非介入式超声波流量在线测量仪器。检测仪器实现了系统自诊断、测量误差自动修正、数据的在线高速检测和处理等功能，满足工业生产中的检测需要。关键词：超声波；液体流量；检测仪；ＲＡＭ
２ｉｎａｇＮ０ａＵｉｅｓｙｘａｙｎ１Ｏ０ｈｎ）．ｘａｙｎ珊ｌｎＶｒｉ，ｉｎａｇ７２０，Ｃｉａｔ
ＡｂｔａｔｉｃｈｌｉｕｄⅡ ｗｄｔｃｏａｈｉａｖｎａｅｆｉｌｌｃｉｎ，ｌｗｐｅｉｉｎａｄｃｍｐｉａｅｐｒｔｓｒｃ：Ｓｎｅｔｅｏｄｌｉｏｅｅｔｒｈｄｔｅｄｓｄａｔｇｓｏｍｐｅｆｎｔｑｓｕｏｏｒｃｓｏｎｏｌｔｄｏｅａ— ｃｉｇｈｅｔｌｏｎｌｅｌｕｄｎｗａｕｅｎｑｉｍｅｔｗｔｉｈｐｌｉｏｎｔｌｇｎｅｗｓｄｖｌｐｄｔｅｈｃｎ，ｔｅｎｗｓｙｅｆｏ —ｉｑｉ０ｍｅｓｒｍｅｔｕｐｎｉｈｇＩｃｓｎａｄｉｅ１ｅｃａｅｅｏｅｍｅｔｅａ — ｎｉｅｈｅｉｎｉｏｔｔａｅｎ．Ｔｈｉｉｅｃａｕｅｎｈｏｙｏ Ⅱ ｉ０ｉｉｅｉｅｗｓｎｅｔｄｅ．ｅｅｅ＿ｉｎｏｍｂｄｅｕｌｍａｄｄｅｔｍｅｄ玎ｒｎｅｍｅｓｒｍｅｔｔｅＩｆｕｄｎｗｐｐｌａＪｈｒｓｕｉｄＡｎｗｇｎＩｔｆｎｎａｏｅｅｄｄｐｅｓｒＡＲＭ９ａｄｔｅＬｎｘｏｅａｉｇｓｓｍｒｄｐｅ．Ｔｅｎｗｐｌａｏｉｏｔｒｒａｉｅｅｆｉｇｏｉｙｔｍ，ｍｃｓｏｓｎｈｉｕｐｒｔｙｔｗｅｅａｏｔｄｈｅｔｅｕｔｓｎｃⅡ ｗｍｅｅｅｌｓｓｌ＿ａｎｓｓｓｓｅｎｅｙｒｚｄ
一
一
采用嵌入式微处理器ＡＭ９作为超声波流量计的核心器Ｒ件，结合Ｌｎｘｉ操作系统，ｕ简化了设计提高测量精度。设计还实现了流量计的系统自诊断、量误差自动修正、杂测量算法测复的实现和测量数据及时处理，可满足工业网络标准的数据通
ａｔｍａｉａｕｅｎｒｏｍｅｄｅ，０ｌｎｉｈｓｅａａｄｔｃｉｎａｄｈｎｉｇａｄｏｈｒｆｎｔｏｓ，ｍｅｔｈｎｄｓｒａｕｏｔｃｍｅｓｒｍｅｔｅｒｒａｎｍｎｔｎｉｅｈｇ —ｐｅｄｄｔｅｅｔ０ｎａｄｌｎｎｔｅｕｃｉｎｅｓｔｅｉｕｔｉｌｄｅｅｔｎｎｅｓｔｃｉｅｄ．０
Ｋｅｒｓｈ＿ｏｉ；ｉｕｄｎｗ；ｄｔｃｏ；ＡＲＭｙｗ０ｄ：ｕＩｓｎｃｌｉｏａｑｅｅｔｒ
０引言
播路径的长度为Ｌ．。声波传播方向与管道轴线之间的夹角为则＝ ±＂ｏ此时顺流、ｃｃｓ，逆流传播的时间ｆ和ｆ为。：
ｗＡＧＭｉｇｅ，Ａｈｎ，Ｉｉ－ｎＮｎ — ｉＹ０ｚａＬｎｊｗＱｕ
（．Ｃｌｇｆｌｔｃｌｎｎ０ａｉｎｅｒｇＳａｎＵｉｅｓｙ０ｃｎｅ＆Ｔｃｎｌｇ， ’ ｎ７０２，ｈｎ；１ｏｌｅ０ｅｒａａｄＩｆｍｔｎＥｎｅｉ，ｈａｎｖｒｉｆｉｃｅＥｃｉｏｎｔＳｅｅｈ００ｙｘｉａ１０１Ｃｉａ