智能微波开关的设计与实现

论文摘要

智能微波开关是一种非接触式物位计,为PLC或SCADA系统提供控制信号,实现生产自动化。本论文从硬件和软件两方面详细地论述了智能微波开关的设计与实现。智能微波开关由发送器和接收器组成。发送器采用多级调制,发送间歇式微波信号且总占空比小于2%,与连续波模式相比减少了微波发射模块总的工作时间,提高了微波发射模块的寿命。通过加入反馈电路,对微波信号进行反馈控制,使输出的微波信号高度稳定。发送器的低频信号分8级可调,接收器智能识别不同开关信号,解决了现场多对智能微波开关之间的相互干扰问题。接收器的信号放大电路使用了三级程控增益放大,并采用优化算法从224种增益中选择最佳的增益分配方案,从而剔除粉尘等对检测的干扰,更好地实现对不同物料的检测。接收器解调经过放大后的信号得到微波幅值信号、低频信号、中频信号并发送到控制核心MSP430F149进行测量,测量结果分别与标称值进行二值比较,在风险最小的情况下,由三个判决结果(共8种组合)用估值理论表决判断微波束通路的畅通/阻断。实验结果表明该方法能准确地识别出微波信号,为智能微波开关的输出提供可靠的依据。所设计的智能微波开关经现场试运行验证完全满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 目的及意义
• 1.2 智能微波开关国内外发展现状
• 1.3 本论文主要研究内容及章节安排
• 第二章 智能微波开关总体设计方案
• 2.1 几种主要物位计的优缺点比较
• 2.2 微波技术的发展与应用
• 2.3 智能微波开关的工作原理及基本结构
• 2.4 硬件总体设计
• 2.4.1 发送器总体设计
• 2.4.2 接收器总体设计
• 2.5 软件总体设计
• 2.6 小结
• 第三章 智能微波开关硬件设计
• 3.1 发射面板
• 3.1.1 低频信号发生器
• 3.1.2 5VDC 电压转换电路
• 3.2 发射电源板
• 3.2.1 中频信号发生器
• 3.2.2 第二级调制电路
• 3.2.3 9VDC 电压转换电路
• 3.3 接收信号板
• 3.3.1 程控增益放大电路
• 3.3.2 增益调节算法
• 3.3.3 解调电路
• 3.3.4 信号识别方法
• 3.4 接收面板
• 3.5 主控板
• 3.5.1 微处理器的选择
• 3.5.2 3.3VDC 电压转换电路
• 3.5.3 电压监测电路
• 3.5.4 通信转换模块
• 3.5.5 实时时钟模块
• 3.5.6 JTAG 接口设计
• 3.6 PCB 板设计
• 3.8 小结
• 第四章 智能微波开关软件设计
• 4.1 主控制模块架构图
• 4.2 软件主要实现的基本功能
• 4.3 微处理器主程序设计
• 4.4 各个功能模块程序设计
• 4.4.1 接收中断流程图
• 4.4.2 命令分析子程序设计
• 4.4.3 定时中断流程图
• 4.4.4 外部 IO 口中断程序
• 4.4.5 延时时间调节子程序
• 4.4.6 微波幅值信号的测量
• 4.4.7 微波信号中频（脉宽）测量子程序
• 4.4.8 灵敏度调节子程序
• 4.4.9 微波信号低频频率测量子程序
• 4.5 小结
• 第五章 调试与分析
• 5.1 发送器低频电路调试
• 5.2 接收器低频电路调试
• 5.2.1 接收信号板调试
• 5.2.2 主控板调试
• 5.3 软硬件系统调试和分析
• 5.3.1 通信测试
• 5.3.2 继电器输出功能测试
• 5.3.3 障碍及延时测试
• 5.3.4 拨码开关测试
• 5.3.5 非正常（干扰）测试
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究成果
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要