嵌入式天然气信息采集系统设计与应用研究

【摘要】：天然气由于清洁、高效、环保等优势，在世界能源结构中的比重正逐年增加。对天然气的流量计量与控制是所有天然气集输站和采集站必不可少的工程，同时泄漏检测与定位技术是管道安全运行的重要保障。 本课题是基于我校与辽河油田合作项目—天然气计量系统的改造。本文所设计的嵌入式天然气信息采集系统，它包含16个子系统，每个子系统采集一路管道信息。然后每个子系统将所测量和计算得到的天然气信息参数上传至PC机。改造后的系统具有能够根据流量大小自动调整仪表量程范围，自动存储流量计量参数，不易受计算机病毒的影响，维修时间短等优势。另外，本文所设计的嵌入式信息采集系统亦可应用于气体管道泄漏检测与定位研究中。 论文主要从以下三个方面论述嵌入式天然气信息采集系统的设计与应用研究工作。首先，根据工程指标，确定系统总体方案设计。然后，详细介绍方案中硬件电路设计包括控制器模块、电源模块、传感器信号处理模块、通讯模块、显示模块、存储模块、时钟模块、调试模块，和软件设计包括μC/OS-Ⅱ操作系统移植、主程序设计、每个任务的程序设计和LCD屏界面设计。最后，介绍每个子系统可应用于稳态模型法的天然气管道泄漏检测与定位研究中。针对传统稳态模型中的天然气相对密度一般取一固定值，本文采用改进的遗传算法对其进行实时地辨识，为稳态模型法提供准确的数值依据。 【关键词】：嵌入式系统 μC/OS-Ⅱ 泄漏定位 稳态模型 遗传算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 国内外天然气计量技术研究现状9
• 1.2 天然气计量的发展趋势9-10
• 1.3 天然气流量计量方法分类10-12
• 1.4 嵌入式采集系统概况12-13
• 1.5 嵌入式采集系统特点和发展趋势13-14
• 1.6 论文研究内容及意义14-15
• 1.7 论文组织结构15-17
• 第2章 嵌入式天然气信息采集系统硬件设计17-39
• 2.0 工程目标17-19
• 2.1 微控制器选型19-21
• 2.2 电源模块21-23
• 2.2.1 UPS 电源21-22
• 2.2.2 24V 转 5V/3.3V 电路22-23
• 2.3 压力、差压信号处理模块23-29
• 2.3.1 HART 协议简介23-25
• 2.3.2 HART 电路设计25-26
• 2.3.3 4-20mA 模拟量转换模块26-29
• 2.4 RS485 接口电路29-30
• 2.5 CAN 接口电路30-31
• 2.6 LCD 显示电路31-33
• 2.7 SD 卡存储电路33
• 2.8 USB 接口电路33-34
• 2.9 RTC 电路34
• 2.10 JTAG 调试接口电路34
• 2.11 按键接口电路34-35
• 2.12 嵌入式采集系统电路板设计35-38
• 2.12.1 电路板的布局与布线35-37
• 2.12.2 电路板抗干扰设计37-38
• 2.13 本章小结38-39
• 第3章 嵌入式天然气信息采集系统软件设计39-49
• 3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统40-41
• 3.2 程序开发环境搭建41-42
• 3.3 任务程序设计42-45
• 3.4 LCD 显示界面设计45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 嵌入式采集系统在天然气管道泄漏定位中的应用49-59
• 4.1 气体管道稳态模型50-51
• 4.2 改进遗传算法估计天然气相对密度51-53
• 4.3 Runge-kutta 法求解稳态模型53-55
• 4.4 天然气管道泄漏检测方法55-56
• 4.5 天然气管道泄漏定位方法56-57
• 4.6 本章小结57-59
• 总结与展望59-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单64-65
• 致谢65

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