毕业设计（论文）-基于DSP的取暖锅炉流量、温度的在线检测.doc

装订线目录第1章绪论.11.1问题的提出及研究的目的和意义.11.2国内外发展现状和趋势.2第2章课题的总体介绍与研究方案.42.1系统的方案和技术指标.42.1.1方案及实施计划.42.1.2主要的技术指标及水平.42.2锅炉的整体系统介绍.42.2.1锅炉的原理介绍.42.2.2锅炉的工作.82.2.3锅炉的结构.9第3章测量理论原理.103.1火焰温度场理论.113.2相关流量测量原理.12第4章控制系统的硬件设计.134.1DSP时钟电路设计.144.1.1晶振电路设计.144.1.2DSP分频电路设计.144.2DSP仿真接口.154.3系统的供电设计.164.4A/D采集电路设计.174.5复位电路以及电源指示灯电路设计.174.6DSP中的上拉电路.184.7液晶接口电路设计.194.8点平转换电路设计.204.9通信电路设计.214.10流量信号放大电路.224.11温度采集电路.22第5章系统软件设计.235.1CCS3.1的使用.235.2系统的框图.26装订线5.3DSP5409芯片介绍.275.4TMS320C54xDSP简介.285.5TMS320C54xDSP的主要特征.285.6A/D采集程序.31第6章总结与展望.326.1全文总结.326.2展望.32致谢.33参考文献.34共28页第1页装订线第1章绪论1.1问题的提出及研究的目的和意义在火焰监视系统中,对火焰图像检测处理均要求有较高的实时性.目前系统的硬件一般采用图像采集卡加计算机的结构,其实时性和并行性都无法得到保证。本文设计了一套基于DSP与PCI总线的嵌入式图像火焰温度场测量和燃烧诊断系统,用硬件来实现一部分PC的功能,把软件算法嵌入到DSP中实现,充分利用DSP的高速度和并行性,不仅使数据处理能力和系统的实时性得到大幅的提升,而且还减轻了PC的负担,同时也增强了系统的可靠性。针对电站锅炉温度场测量及燃烧诊断中存在的问题,设计了一套基于PCI总线和DSP嵌入式火焰图像处理系统,给出了DSP接口的电路以及程序设计的方法.经过200MW机组试验表明,系统实现了高速连续的视频采集及处理,其温度场测量相对误差5%,满足了焰监测和燃烧诊断的实时性以及系统对测量精度的要求相关流量测量技术是以随机过程的相关理论为基础的一种流动参数检测技术。它在解决两相(气/液、气/固和液/固等)流体以及多相多组份)流体的流动参数测量问题上具有巨大的力。相关流量测量技术的发展已有二十余年的时间了,但距工业生产中的大范围应用仍有一定的距离。在相关测量机理、传感器及相关器的设计等方面仍有一些问题需要解决。DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的二十年中，这一进程在不断重复进行，只是周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。问题补充：DSP的产业价值体系可分为以下几个层面:作为DSP产品最核心的，或是最底层的当然是器件，芯片制造商应当提供完整的文档资料，技术支持，并提供价格和货期支持。但对于DSP系统开发，这显然是不够的，因为最终产品开发必然与系统集成紧密相关是最高层。那么，这其中的几个层面是如何划分的呢？在DSP器件之上是开发和演示系统，其中包括参考设计和一些定制化的设计，一般由TI和第三方合作伙伴提供；在此之上就是标准应用算法，TI和第三方合作伙伴可部分提供，而客户将介入，并存在目标代码或源代码的授权问题。然后就是操作系统、设备驱动和协议栈层，需要开发授权；由此，可以上升到系统应用层面，已验证系统概念演示。至此，产品开发底层工作已经就绪，客共28页第2页装订线户和其OEM厂商可进行最后的产品化工作。相关流量测量技术是以随机过程的相关理论为基础的一种流动参数检测技术。它在解决两相(气/液、气/固和液/固等)流体以及多相(多组份)流体的流动参数测量问题上具有巨大的潜力。相关流量测量技术的发展已有二十余年的时间了,但距工业生产中的大范围应用有一定的距离。在相关测量机理、传感器及相关器的设计等方面仍有一些问题需要解决。以往的相关器的设计多是基于时域的计算方法,为了简化计算,一般采用极性相关,即将信号进行1bit量化后进行相关运算,为了减小量化带来的误差,一般需要较长的积分时间,而且在量化的同时也丢失了流动信号中包含的与流动状态有关的信息。近年来随着微电子学、数字信号处理、计算技术的发展,数字信号处理器(DSP)获得了飞速的发展。它可将数字信号处理的理论与算法实时地实现。因而获得了广泛的应用。正是由于DSP及快速傅立叶变换等信号处理的快速算法的发展,使得在频域进行相关运算成为可能。同时将流动信号变换到频域并利用各种信号分析方法可能会得到一些与流动状态有关的信息,从而可进一步改进与完善相关测量技术。因而频域内的相关方法的研究具有极大的潜在价值。本文正是对此进行了初步的尝试,并利用DSP构成了一个相关流量测量系统,在频域内将相关运算实时地实现。1.2国内外发展现状和趋势进入九十年代，有多家公司跻身于DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制DSP，称作cDSP。cDSP基于内核DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域，适时地提供各种面向未来发展的解决方案。到九十年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。德州仪器通过不断革新，推陈出新，DSP业务也一跃成为TI的最大的业务，并始终处于全球DSP市场的领导地位。虽然这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围，但DSP所带动的市场规模巨大。目标应用工业仪器军事调制解调器硬盘驱动器数字答录机蜂窝电话等多媒体网关数字相机智能电话数字广播等新一代手机流媒体设备数字电视机等等。可以看出在各个时代，DSP性能随集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着Moore定律。从不断扩大的目标应用来看，DSP在数字信息产品的市场地位越来越重要。八十年代前后，陆续有公司设计出适合于DSP处理技术的处理器，于是DSP开始成为一种高性能处理器的名称。TI在1982年发表一款DSP处理器名为共28页第3页装订线TMS32010，其出色的性能和特性倍受业界的关注，当然新兴的DSP业务的确承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当努力使DSP处理器每MIPS成本也降到了适合于商用的低于$10美元范围时，DSP不仅在在军事，而且在工业和商业应用中不断获得成功。1991年TI推出的DSP批量单价首次低于$5美元而可与16位的微处理器相媲美，但所能提供的性能却是其5至10倍。在经历整整二十年的市场拓展之后，DSP所树立的高速处理器地位不仅不可动摇，而且业已成为数字信息时代的核心引擎。与此同时，DSP的市场正在蓬勃发展。根据ForwardConcepts分析家的预测，今年全球DSP销量将达到$82亿美元，比去年增加约三分之一。而对于2004年和2005年的预测值，则分别是$108亿元和$140亿元，并预言未来几年DSP都将以每年超过30%的速度成长。根据CCID权威的分析，中国DSP市场今年可达到120亿元人民币，比去年增长约40%，未来的增长将可能超过全球的平均速度。对于DSP市场的高速增长，许多人充满着浓厚的兴趣。本文将结合DSP纵向的发历程和横向的拓展方向进行探讨，以便探讨DSP市场拓展的特点。DSP商品化历程。共28页第4页装订线第2章课题的总体介绍与研究方案2.1系统的方案和技术指标2.1.1方案及实施计划系统采用主从机结构及中断方式工作,结合DSP的高速处理能力及频域内的快速算法,从而保证了相关运算的实时性。实验表明系统计算实际流动噪声信号所得相关波形良好,例如对油水两相流的流动信号作相关运算,在几个典型的流量及含水值下,连续测量的实时性也很好,从而表明频域内的相关计算方法是可行的。以DSP为核心的实时图像采集处理系统采用视频解码器SAA7111A和CPLD完成实时图像采集,由6205进行实时图像处理并获得火焰特征参数,通过PCI总线完成与主机系统的通信任务,由主机实现燃烧诊断算法.这样大大提高了火焰图像检测处理速度,提高了锅炉燃烧监控系统的实时性和稳定性,为复杂的运算和判据的实现以及进一步的燃烧诊断与指导锅炉运行提供了坚实的基础.目前本系统已在国产200MW火电机组上投入试运行,效果良好。2.1.2主要的技术指标及水平针对电站锅炉温度场测量及燃烧诊断中存在的问题,设计了一套基于PCI总线和DSP的嵌入式火焰图像处理系统,给出了与DSP接口的电路以及程序设计的方法.经过200MW机组的试验表明,该系统实现了高速连续的视频采集及处理,其温度场测量相对误差小于5%,满足了火焰监测和燃烧诊断的实时性以及系统对测量精度的要求。2.2锅炉的整体系统介绍2.2.1锅炉的原理介绍1、什么是锅炉将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。锅炉设备中，吸热的部分称为锅，产生热量的部分称为炉。例如水冷壁、过热器、省煤器等吸热的部分可以看成是锅；而炉膛、燃烧器、燃油泵，送、引风机可以看成是炉。现代化的锅炉不像一般家庭用的锅和炉那样分得清楚。共28页第5页装订线例如空气预热器既是吸热的部分，又是产生热量的部分，既可以看成是锅的部分也可以看成是炉的部分。2、锅炉如何分类锅炉可按不同的方式分类：按锅炉燃用的燃料分类可分为：燃煤炉、燃油炉和燃气炉。按燃烧方式分类可分为：层燃炉、室燃炉和介于二者之间的沸腾（流化床）炉。按锅炉水循环方式分类可分为：自然循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉。按有无汽包分类可分为：汽包锅炉和直流锅炉。按蒸汽压力分类可分为：低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉。按管内通过的是水还是烟气分类可分为：火管锅炉、水管锅炉和水火管组合式锅炉。按锅炉的用途分为：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉和热水锅炉。3、什么是火管锅炉所谓火管锅炉就是燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过，对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热。4、什么是水管锅炉所谓水管锅炉，就是水、汽或汽水混合物在管内流动，而火焰或烟气在管外燃烧和流动的锅炉。5、什么是循环流化床锅炉循环流化床锅炉是在流化床锅炉（又称鼓泡床或沸腾床锅炉）的基础上改进和发展起来的一种新型锅炉。循环流化床锅炉保留了流化床锅炉的全部优点，而避免和消除了流化床锅炉存在的热效率低、埋管受热面磨损严重和脱硫剂石灰石利用不充分、消耗量大和难于大型化等缺点。循环流化床锅炉床料处于流化状态与流化床锅炉是相同的，前者与后者的主要区别是前者的流化速度较高，炉膛出口烟气中物料的浓度很高，大量的物料被炉膛出口的物料分离器分离后返送回炉膛，即有大量物料在炉膛和物料分离器之间循环。锅炉常用名词解释6、蒸汽锅炉蒸汽锅炉是用热能加热水（工质）产生蒸汽的设备。它由锅和炉两部分组成：锅是锅炉接受热量，并把热量传给工质的受热面系统；炉是指锅炉中把燃料的化学能变为热能的空间和烟气流通的通道。通常用“吨/时”或“t/h”表