畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于DSP的取暖鍋爐流量、溫度的在線檢測.doc

裝訂線目錄第1章緒論.11.1問題的提出及研究的目的和意義.11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢.2第2章課題的總體介紹與研究方案.42.1系統(tǒng)的方案和技術(shù)指標(biāo).42.1.1方案及實施計劃.42.1.2主要的技術(shù)指標(biāo)及水平.42.2鍋爐的整體系統(tǒng)介紹.42.2.1鍋爐的原理介紹.42.2.2鍋爐的工作.82.2.3鍋爐的結(jié)構(gòu).9第3章測量理論原理.103.1火焰溫度場理論.113.2相關(guān)流量測量原理.12第4章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.134.1DSP時鐘電路設(shè)計.144.1.1晶振電路設(shè)計.144.1.2DSP分頻電路設(shè)計.144.2DSP仿真接口.154.3系統(tǒng)的供電設(shè)計.164.4A/D采集電路設(shè)計.174.5復(fù)位電路以及電源指示燈電路設(shè)計.174.6DSP中的上拉電路.184.7液晶接口電路設(shè)計.194.8點平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計.204.9通信電路設(shè)計.214.10流量信號放大電路.224.11溫度采集電路.22第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計.235.1CCS3.1的使用.235.2系統(tǒng)的框圖.26裝訂線5.3DSP5409芯片介紹.275.4TMS320C54xDSP簡介.285.5TMS320C54xDSP的主要特征.285.6A/D采集程序.31第6章總結(jié)與展望.326.1全文總結(jié).326.2展望.32致謝.33參考文獻.34共28頁第1頁裝訂線第1章緒論1.1問題的提出及研究的目的和意義在火焰監(jiān)視系統(tǒng)中,對火焰圖像檢測處理均要求有較高的實時性.目前系統(tǒng)的硬件一般采用圖像采集卡加計算機的結(jié)構(gòu),其實時性和并行性都無法得到保證。本文設(shè)計了一套基于DSP與PCI總線的嵌入式圖像火焰溫度場測量和燃燒診斷系統(tǒng),用硬件來實現(xiàn)一部分PC的功能,把軟件算法嵌入到DSP中實現(xiàn),充分利用DSP的高速度和并行性,不僅使數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)的實時性得到大幅的提升,而且還減輕了PC的負擔(dān),同時也增強了系統(tǒng)的可靠性。針對電站鍋爐溫度場測量及燃燒診斷中存在的問題,設(shè)計了一套基于PCI總線和DSP嵌入式火焰圖像處理系統(tǒng),給出了DSP接口的電路以及程序設(shè)計的方法.經(jīng)過200MW機組試驗表明,系統(tǒng)實現(xiàn)了高速連續(xù)的視頻采集及處理,其溫度場測量相對誤差5%,滿足了焰監(jiān)測和燃燒診斷的實時性以及系統(tǒng)對測量精度的要求相關(guān)流量測量技術(shù)是以隨機過程的相關(guān)理論為基礎(chǔ)的一種流動參數(shù)檢測技術(shù)。它在解決兩相(氣/液、氣/固和液/固等)流體以及多相多組份)流體的流動參數(shù)測量問題上具有巨大的力。相關(guān)流量測量技術(shù)的發(fā)展已有二十余年的時間了,但距工業(yè)生產(chǎn)中的大范圍應(yīng)用仍有一定的距離。在相關(guān)測量機理、傳感器及相關(guān)器的設(shè)計等方面仍有一些問題需要解決。DSP應(yīng)用產(chǎn)品獲得成功的一個標(biāo)志就是進入產(chǎn)業(yè)化。在以往的二十年中，這一進程在不斷重復(fù)進行，只是周期在不斷縮小。在數(shù)字信息時代，更多的新技術(shù)和新產(chǎn)品需要快速地推上市場，因此，DSP的產(chǎn)業(yè)化進程還是需要加速進行。問題補充：DSP的產(chǎn)業(yè)價值體系可分為以下幾個層面:作為DSP產(chǎn)品最核心的，或是最底層的當(dāng)然是器件，芯片制造商應(yīng)當(dāng)提供完整的文檔資料，技術(shù)支持，并提供價格和貨期支持。但對于DSP系統(tǒng)開發(fā)，這顯然是不夠的，因為最終產(chǎn)品開發(fā)必然與系統(tǒng)集成緊密相關(guān)是最高層。那么，這其中的幾個層面是如何劃分的呢？在DSP器件之上是開發(fā)和演示系統(tǒng)，其中包括參考設(shè)計和一些定制化的設(shè)計，一般由TI和第三方合作伙伴提供；在此之上就是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用算法，TI和第三方合作伙伴可部分提供，而客戶將介入，并存在目標(biāo)代碼或源代碼的授權(quán)問題。然后就是操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動和協(xié)議棧層，需要開發(fā)授權(quán)；由此，可以上升到系統(tǒng)應(yīng)用層面，已驗證系統(tǒng)概念演示。至此，產(chǎn)品開發(fā)底層工作已經(jīng)就緒，客共28頁第2頁裝訂線戶和其OEM廠商可進行最后的產(chǎn)品化工作。相關(guān)流量測量技術(shù)是以隨機過程的相關(guān)理論為基礎(chǔ)的一種流動參數(shù)檢測技術(shù)。它在解決兩相(氣/液、氣/固和液/固等)流體以及多相(多組份)流體的流動參數(shù)測量問題上具有巨大的潛力。相關(guān)流量測量技術(shù)的發(fā)展已有二十余年的時間了,但距工業(yè)生產(chǎn)中的大范圍應(yīng)用有一定的距離。在相關(guān)測量機理、傳感器及相關(guān)器的設(shè)計等方面仍有一些問題需要解決。以往的相關(guān)器的設(shè)計多是基于時域的計算方法,為了簡化計算,一般采用極性相關(guān),即將信號進行1bit量化后進行相關(guān)運算,為了減小量化帶來的誤差,一般需要較長的積分時間,而且在量化的同時也丟失了流動信號中包含的與流動狀態(tài)有關(guān)的信息。近年來隨著微電子學(xué)、數(shù)字信號處理、計算技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號處理器(DSP)獲得了飛速的發(fā)展。它可將數(shù)字信號處理的理論與算法實時地實現(xiàn)。因而獲得了廣泛的應(yīng)用。正是由于DSP及快速傅立葉變換等信號處理的快速算法的發(fā)展,使得在頻域進行相關(guān)運算成為可能。同時將流動信號變換到頻域并利用各種信號分析方法可能會得到一些與流動狀態(tài)有關(guān)的信息,從而可進一步改進與完善相關(guān)測量技術(shù)。因而頻域內(nèi)的相關(guān)方法的研究具有極大的潛在價值。本文正是對此進行了初步的嘗試,并利用DSP構(gòu)成了一個相關(guān)流量測量系統(tǒng),在頻域內(nèi)將相關(guān)運算實時地實現(xiàn)。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進入九十年代，有多家公司躋身于DSP領(lǐng)域與TI進行市場競爭。TI首家提供可定制DSP，稱作cDSP。cDSP基于內(nèi)核DSP的設(shè)計可使DSP具有更高的系統(tǒng)集成度，大加速了產(chǎn)品的上市時間。同時TI瞄準(zhǔn)DSP電子市場上成長速度最快的領(lǐng)域，適時地提供各種面向未來發(fā)展的解決方案。到九十年代中期，這種可編程的DSP器件已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲、語音處理、汽車電子、消費類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在數(shù)字蜂窩電話中的成功。德州儀器通過不斷革新，推陳出新，DSP業(yè)務(wù)也一躍成為TI的最大的業(yè)務(wù)，并始終處于全球DSP市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。雖然這個階段DSP每MIPS的價格已降到10美分到1美元的范圍，但DSP所帶動的市場規(guī)模巨大。目標(biāo)應(yīng)用工業(yè)儀器軍事調(diào)制解調(diào)器硬盤驅(qū)動器數(shù)字答錄機蜂窩電話等多媒體網(wǎng)關(guān)數(shù)字相機智能電話數(shù)字廣播等新一代手機流媒體設(shè)備數(shù)字電視機等等?？梢钥闯鲈诟鱾€時代，DSP性能隨集成度的增加而提高，而價格卻一直在下降。DSP突出的性能價格比趨勢似乎也在很好地演繹著Moore定律。從不斷擴大的目標(biāo)應(yīng)用來看，DSP在數(shù)字信息產(chǎn)品的市場地位越來越重要。八十年代前后，陸續(xù)有公司設(shè)計出適合于DSP處理技術(shù)的處理器，于是DSP開始成為一種高性能處理器的名稱。TI在1982年發(fā)表一款DSP處理器名為共28頁第3頁裝訂線TMS32010，其出色的性能和特性倍受業(yè)界的關(guān)注，當(dāng)然新興的DSP業(yè)務(wù)的確承擔(dān)著巨大的風(fēng)險，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題。當(dāng)努力使DSP處理器每MIPS成本也降到了適合于商用的低于$10美元范圍時，DSP不僅在在軍事，而且在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中不斷獲得成功。1991年TI推出的DSP批量單價首次低于$5美元而可與16位的微處理器相媲美，但所能提供的性能卻是其5至10倍。在經(jīng)歷整整二十年的市場拓展之后，DSP所樹立的高速處理器地位不僅不可動搖，而且業(yè)已成為數(shù)字信息時代的核心引擎。與此同時，DSP的市場正在蓬勃發(fā)展。根據(jù)ForwardConcepts分析家的預(yù)測，今年全球DSP銷量將達到$82億美元，比去年增加約三分之一。而對于2004年和2005年的預(yù)測值，則分別是$108億元和$140億元，并預(yù)言未來幾年DSP都將以每年超過30%的速度成長。根據(jù)CCID權(quán)威的分析，中國DSP市場今年可達到120億元人民幣，比去年增長約40%，未來的增長將可能超過全球的平均速度。對于DSP市場的高速增長，許多人充滿著濃厚的興趣。本文將結(jié)合DSP縱向的發(fā)歷程和橫向的拓展方向進行探討，以便探討DSP市場拓展的特點。DSP商品化歷程。共28頁第4頁裝訂線第2章課題的總體介紹與研究方案2.1系統(tǒng)的方案和技術(shù)指標(biāo)2.1.1方案及實施計劃系統(tǒng)采用主從機結(jié)構(gòu)及中斷方式工作,結(jié)合DSP的高速處理能力及頻域內(nèi)的快速算法,從而保證了相關(guān)運算的實時性。實驗表明系統(tǒng)計算實際流動噪聲信號所得相關(guān)波形良好,例如對油水兩相流的流動信號作相關(guān)運算,在幾個典型的流量及含水值下,連續(xù)測量的實時性也很好,從而表明頻域內(nèi)的相關(guān)計算方法是可行的。以DSP為核心的實時圖像采集處理系統(tǒng)采用視頻解碼器SAA7111A和CPLD完成實時圖像采集,由6205進行實時圖像處理并獲得火焰特征參數(shù),通過PCI總線完成與主機系統(tǒng)的通信任務(wù),由主機實現(xiàn)燃燒診斷算法.這樣大大提高了火焰圖像檢測處理速度,提高了鍋爐燃燒監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性,為復(fù)雜的運算和判據(jù)的實現(xiàn)以及進一步的燃燒診斷與指導(dǎo)鍋爐運行提供了堅實的基礎(chǔ).目前本系統(tǒng)已在國產(chǎn)200MW火電機組上投入試運行,效果良好。2.1.2主要的技術(shù)指標(biāo)及水平針對電站鍋爐溫度場測量及燃燒診斷中存在的問題,設(shè)計了一套基于PCI總線和DSP的嵌入式火焰圖像處理系統(tǒng),給出了與DSP接口的電路以及程序設(shè)計的方法.經(jīng)過200MW機組的試驗表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了高速連續(xù)的視頻采集及處理,其溫度場測量相對誤差小于5%,滿足了火焰監(jiān)測和燃燒診斷的實時性以及系統(tǒng)對測量精度的要求。2.2鍋爐的整體系統(tǒng)介紹2.2.1鍋爐的原理介紹1、什么是鍋爐將其它熱能轉(zhuǎn)變成其它工質(zhì)熱能，生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的工質(zhì)的設(shè)備稱為鍋爐。鍋爐設(shè)備中，吸熱的部分稱為鍋，產(chǎn)生熱量的部分稱為爐。例如水冷壁、過熱器、省煤器等吸熱的部分可以看成是鍋；而爐膛、燃燒器、燃油泵，送、引風(fēng)機可以看成是爐?，F(xiàn)代化的鍋爐不像一般家庭用的鍋和爐那樣分得清楚。共28頁第5頁裝訂線例如空氣預(yù)熱器既是吸熱的部分，又是產(chǎn)生熱量的部分，既可以看成是鍋的部分也可以看成是爐的部分。2、鍋爐如何分類鍋爐可按不同的方式分類：按鍋爐燃用的燃料分類可分為：燃煤爐、燃油爐和燃氣爐。按燃燒方式分類可分為：層燃爐、室燃爐和介于二者之間的沸騰（流化床）爐。按鍋爐水循環(huán)方式分類可分為：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐。按有無汽包分類可分為：汽包鍋爐和直流鍋爐。按蒸汽壓力分類可分為：低壓鍋爐、中壓鍋爐、次高壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界壓力鍋爐和超臨界壓力鍋爐。按管內(nèi)通過的是水還是煙氣分類可分為：火管鍋爐、水管鍋爐和水火管組合式鍋爐。按鍋爐的用途分為：生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐和熱水鍋爐。3、什么是火管鍋爐所謂火管鍋爐就是燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣在火筒或煙管中流過，對火筒或煙管外水、汽或汽水混合物加熱。4、什么是水管鍋爐所謂水管鍋爐，就是水、汽或汽水混合物在管內(nèi)流動，而火焰或煙氣在管外燃燒和流動的鍋爐。5、什么是循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是在流化床鍋爐（又稱鼓泡床或沸騰床鍋爐）的基礎(chǔ)上改進和發(fā)展起來的一種新型鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐保留了流化床鍋爐的全部優(yōu)點，而避免和消除了流化床鍋爐存在的熱效率低、埋管受熱面磨損嚴(yán)重和脫硫劑石灰石利用不充分、消耗量大