基于无线通信的射频导纳物位计的设计

论文摘要

物位测量在工业生产中占有很重要的地位，而电容式物位测量仪表以其结构简单、工作可靠、维护方便的优点在物位测量领域中占有重要的地位。但电容式物位测量仪表在测量导电粘性物料时存在挂料误差，使电容式物位测量仪表的应用范围受到限制。另外，物位计一般采用RS-232，RS485串行通信接口，而串行通信的数据信号存在通信双方的共地干扰。在一些复杂的工业场合下有线通信更存在着传输电缆引起测量误差，化学腐蚀，安装困难等问题。因此为解决这些问题而设计了一种运用射频导纳原理和无线通信接口的新型物位计。本文对射频导纳测量原理进行了详细论述及推导，给出了消除挂料影响、测量真实物位的方法。然后详细论述了射频导纳测量原理的电路实现，包括电源电路，复位电路，激励信号发生电路，信号检波电路，滤波电路以及信号采集电路。此外对无线通信接口的设计作了论述。最后本文对系统的软件设计进行了论述，尤其在无线通信协议的制定进行了重点的介绍。本文采用嵌入式模块的设计理念，所设计的物位计不仅改进了传统电容式物位计测量导电粘性物体时由于挂料而造成的虚假物位，同时采用无线通信接口与上位机相连，能够明显减少误差和恶劣的工业环境影响，具有高实时性，高精度，适应范围广等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 物位检测的分析
• 1.3 各类物位测量的工作原理和优缺点
• 1.3.1 浮体式液位测量
• 1.3.2 超声式液位测量
• 1.3.3 压力式液位测量
• 1.3.4 微波式物位测量
• 1.3.5 光纤式液位测量
• 1.4 国内外物位测量仪表发展现状及发展趋势
• 1.5 本课题的主要工作
• 1.6 本课题的创新点
• 第二章 射频导纳物位计的测量原理
• 2.1 电容式物位计的工作原理
• 2.2 射频导纳测量原理的推导实现
• 2.2.1 均匀传输线理论
• 2.2.2 挂料层电路模型的简化及其分析
• 2.2.3 应用射频导纳原理测量技术的分析
• 2.3 与其他基于射频导纳原理的测量方法的比较
• 第三章 射频导纳物位计的硬件电路设计
• 3.1 射频导纳物位计的电路框图
• 3.2 电源设计
• 3.3 单片机的选择
• 3.3.1 AT89S8252 的特点
• 3.3.2 单片机的存储器设置
• 3.4 复位电路设计
• 3.5 CPU 控制方波发生电路设计
• 3.6 激励信号源的产生电路设计
• 3.6.1 MAX038 简介
• 3.6.2 正弦波发生电路设计
• 3.6.3 带通滤波器设计
• 3.7 相敏检波电路设计
• 3.7.1 相敏检波原理
• 3.7.2 检波电路设计
• 3.7.3 低通滤波电路设计
• 3.8 A/D 通道设计
• 3.8.1 ADS1100 的简介
• 2C 总线接口'>3.8.2 ADS1100 的 I²C 总线接口
• 3.8.3 ADS1100 的寄存器
• 3.8.4 与 AT89S8252 的连接
• 3.9 无线通信接口的设计
• 3.9.1 无线接入技术应用于射频导纳物位计中的理论分析
• 3.9.2 射频导纳物位计的无线通信接口电路设计
• 3.10 硬件抗干扰设计
• 第四章 软件设计
• 4.1 主程序模块
• 4.2 A/D 转换程序
• 4.3 采样数据处理程序
• 4.4 无线通信传输模块程序
• 4.4.1 系统的通信协议
• 4.4.2 无线通信的发送和接收程序
• 4.5 软件抗干扰措施
• 4.5.1 程序结构化，功能模块化
• 4.5.2 CPU 抗干扰技术
• 4.5.3 数字滤波
• 第五章 无线通信射频导纳物位计的现场标定和安装调试
• 5.1 系统的标定
• 5.2 系统的安装调试
• 第六章 系统的误差与实验结果分析
• 6.1 杂散电容对测量结果的影响
• 6.2 相敏检波的实轴和虚轴的零点不同点造成的误差
• 6.3 含有高频正弦波成分造成的误差
• 6.4 A/D 转换的量化误差
• 6.5 不满足射频导纳条件产生的误差
• 6.6 实验结果与分析
• 6.6.1 测量实验
• 6.6.2 重复性实验
• 6.6.3 实验数据分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文清单