凝析天然气流量计二次仪表的开发

论文摘要

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。

论文目录

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