凝析天然气流量计二次仪表的开发

【摘要】： 凝析天然气的气液两相流量是监控气井和气藏动态特性的重要依据,目前在两相流计量方面仍有许多问题需要解决。两相流计量系统若以PC机或工控机为核心,会造成系统体积大,功耗高,本文利用数字信号处理和嵌入式技术,研发出一种体积小、功耗低、便携式的凝析天然气流量计量仪表。 在对流量计量系统的总体设计进行分析的基础上,确定了二次仪表的主要任务及各功能模块的组成,然后对二次仪表的硬件电路进行分析和完善,编程实现软件系统各部分的功能,并将各功能模块进行软件组合。主要工作有:利用DSP片内的DMA控制器辅助数据采集,使得CPU正常工作与后台DMA数据采集同时进行,提高整个系统的工作效率;设计USB嵌入式主机系统及FAT16文件系统,将采集的数据通过USB接口以文件形式存储到U盘,实现数据的移动存储;设计LCD和键盘的接口和相应软件,使仪表具有友好的人机交互界面;研究Flash在系统编程技术及自举引导过程,实现整个系统的独立运行。系统采用C语言进行模块化设计,程序可读性强,易于软件的维护和升级。 该仪表实现了A/D采集、USB移动存储、人机交互、独立运行等基本功能,使用方便,易于推广应用,该仪表的研究为两相流计量技术从实验室走向现场应用提供了一个良好的解决方案。 【关键词】：二次仪表 数字信号处理器 数据采集 通用串行总线 自举引导
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景与来源9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 两相流计量方法概述9-10
• 1.2.2 两相流在线计量的研究现状10-11
• 1.2.3 两相流计量仪表的开发基础11-13
• 1.3 本课题的主要内容13-14
• 1.3.1 研究目的13
• 1.3.2 主要工作13-14
• 1.3.3 预期结果14
• 1.4 本课题的研究意义14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 两相流计量系统整体方案设计16-20
• 2.1 计量系统总体设计16-17
• 2.2 二次仪表功能模块设计17-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 二次仪表硬件电路设计20-29
• 3.1 串口数据采集电路20-22
• 3.1.1 SPI接口简介20
• 3.1.2 McBSP的SPI工作模式20-21
• 3.1.3 ADS8341 与 McBSP0 的接口21-22
• 3.2 USB主机接口电路22-23
• 3.2.1 USB总线接口的电气特性22
• 3.2.2 主机接口SL811HS的电路设计22-23
• 3.3 液晶显示模块接口电路23-24
• 3.3.1 HPI配置为通用I/O口23-24
• 3.3.2 C12864 与DSP的接口24
• 3.4 键盘接口电路24-26
• 3.4.1 McBSP配置为通用I/O口25
• 3.4.2 McBSP1 与键盘的接口25-26
• 3.5 存储器的空间设计26-28
• 3.6 本章小结28-29
• 第4章 二次仪表软件系统设计29-75
• 4.1 开发工具及开发环境CCS介绍29-30
• 4.2 CCS环境下C语言编程与中断的实现30-32
• 4.2.1 C语言编程30
• 4.2.2 VC5402 中断的实现30-32
• 4.3 McBSP结合DMA的数据采集32-38
• 4.3.1 ADS8341 工作原理简介33
• 4.3.2 McBSP简介及其作用33-34
• 4.3.3 DMA简介及其作用34
• 4.3.4 数据采集软件设计34-37
• 4.3.5 实验结果37-38
• 4.4 嵌入式USB主机系统规划38-42
• 4.4.1 USB底层数据通信38-40
• 4.4.2 嵌入式USB主机系统的结构40-42
• 4.5 USB通信的软件实现42-61
• 4.5.1 SL811HS相关寄存器介绍42
• 4.5.2 USB主控制器驱动程序的实现42-43
• 4.5.3 USB核心驱动程序的实现43-50
• 4.5.4 Mass Storage类协议的程序实现50-56
• 4.5.5 FAT文件系统的程序实现56-61
• 4.5.6 实验结果61
• 4.6 人机交互软件设计61-65
• 4.6.1 液晶显示模块软件设计61-64
• 4.6.2 键盘模块软件设计64-65
• 4.6.3 运行演示65
• 4.7 在系统编程及自举引导的实现65-74
• 4.7.1 SST39VF400A在系统编程65-66
• 4.7.2 自举引导的基本原理与模式66-69
• 4.7.3 在系统编程和自举引导的程序实现69-72
• 4.7.4 大容量程序的上电引导设计72-74
• 4.8 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录A 电路原理图80-82
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果82-83
• 致谢83

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