自动化专业——毕业设计——双MSP430单片机结构数字涡街流量计(终稿).doc

目 录 摘 要 1 1 引言 1 1.1涡街流量计概述 1 1.2涡街流量计的主要问题 1 1.3课题研究目的及意义 2 2双MSP430单片机结构数字涡街流量计的总体方案设计 2 2.1涡街流量计的工作原理 2 2.2涡街信号的组成 4 2.3双MSP430单片机结构数字涡街流量计的设计方案 5 2.4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的FFT频率计算方法 7 3双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件设计 9 3.1整体硬件电路设计方案 9 3.2前置放大电路的设计 9 3.3单片机计算及输出电路的设计 16 3.4电源电压转换电路设计 19 3.5双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件低功耗设计 19 4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件设计 20 4.1软件总体设计方案 20 4.2 MSP430F149单片机程序设计 20 4.3 MSP430F1611单片机程序设计 21 4.4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件低功耗设计 23 5总结与展望 24 参考文献： 25 谢 辞 26 双MSP430单片机结构数字涡街流量计 董科 （德州学院机电系，山东德州 253023） 1 引言[1][2]。 其中雷诺数Re的定义为： （1） 式中γ——工作状态下流体的运动粘度； ν——来流的平均流速； L——为流束的定型尺寸。 由流体力学理论可知，雷诺数的大小反映了流体的流动特性。实验表明，当外部条件几何相似时（几何相似的流动环境、流体绕过几何相似的物体），若雷诺数相同，流体的流动状态几何相似，即流体具有相似的运动规律和流速分布。 值得注意的是，并非在任何条件下产生的涡街都是稳定的，由于漩涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。只有形成相互交替的内旋的两排漩涡，且当两漩涡列之间的距离和同列的两漩涡之间距离之比满足 ≈0.281（0.28005） （2） 时，所产生的涡街才是稳定的。 2.1.2涡街信号的测量 大量实验证明：在二维流动状态下（阻流体具有规则截面，且可视为无限长），当满足涡街稳定的条件时，涡街的单侧旋涡脱落频率（简称涡街频率）f与阻流体两侧的平均流速v之间具有以下关系： (3) 其中为d阻流体迎流面的最大宽度；St为斯特罗哈尔数，它是一个无量纲常数；当发生体的几何形状确定时，在一定的雷诺数范围内（一般在3×102～2×105），斯特罗哈尔数是一个常数，对于三角柱形漩涡发生体，St＝0.16，对于圆柱体形漩涡发生体，St＝0.20。由式（3）可知，涡街频率与来流的平均流速成正比，那么根据流动的连续性理论易知：涡街频率与来流的体积流量成正比关系；且其比例系数在很宽的流量范围内为定值。这一原理被用来研制涡街流量计，测量封闭管道内流体的流量。流量计的检测元件用各种方法检测涡街频率，以得到被测流体的体积流量： (4) 其中v为漩涡发生体两侧平均流速（m/s）；S为管道截面积；m为旋涡发生体两侧流通面积与管道截面积之比，d为漩涡发生体特征尺寸，K为仪表的仪表系数。由式（4）可看出，只要给定涡街流量传感器，其管道截面积S、漩涡发生体特征尺寸d及斯特罗哈尔数是可知的，因此仪表系数也是确定的，只要准确测得漩涡的分离频率，就可以准确的得知被测流体的速度，从而到达测量管道内流量的目的[3]。 因此，应用涡街流量计测量的特点就是：体积流量Qv只与涡街频率及管道和发生体的几何形状有关，与流动介质的性质无关。这决定了涡街流量计的下列优点：（1）涡街流量计具有线性的仪表系数，而仪表系数的取值仅由管道口径、发生体结构参数确定；（2）同一台涡街流量计的仪表系数是一定的，那么就可以用最方便、廉价的介质对流量计进行标定。由式（1）可知，随着流速的下降，雷诺数Re也会减小，当Re减小到3×102以下时斯特罗哈尔数就不再恒定。此时，Qv与f不再是线性比例关系，即式（4）不能成立。因此，涡街流量计实际测量的量程下限远远高于理论值。不难看出，扩展涡街流量计量程的下限是一个重要的研究课题。 2.2涡街信号的组成 组成涡街的信号既有有用信号也有噪声或者叫干扰信号。从涡街传感器引出的电荷信号经电荷放大器和滤波器的简单处理后，形成了幅值在几伏左右的电压信号，这个电压信号是杂乱的、不规则的，其中包括体现涡街频率的