由于超聲波流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸測(cè)量和易于實(shí)現(xiàn)集成化等特點(diǎn),使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療檢測(cè)及環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域,涉及到氣體或液體的量化與計(jì)量方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。本文針對(duì)明渠流量這一特殊的測(cè)量對(duì)象,設(shè)計(jì)了一種基于GPS同步的多聲道超聲波明渠流量測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行無線化流量計(jì)量。測(cè)量系統(tǒng)以時(shí)差法為基本測(cè)量原理,針對(duì)一般的明渠流量計(jì)聲道數(shù)少,線纜長的缺點(diǎn),提出了一種結(jié)合GPS高精度秒沖同步控制多聲道與使用基于LoRa協(xié)議的無線串口模塊實(shí)現(xiàn)無線化的流量測(cè)量方法。設(shè)計(jì)了移動(dòng)正弦擬合算法對(duì)超聲波傳感信號(hào)進(jìn)行直接數(shù)字處理,準(zhǔn)確獲取渡越時(shí)間。給出了流量測(cè)量系統(tǒng)所必須的軟硬件設(shè)計(jì)。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,詳細(xì)介紹了多聲道超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理以及時(shí)差法測(cè)流速的相關(guān)公式推導(dǎo),提出了基于GPS秒脈沖同步的多聲道超聲波明渠流量測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。第二,設(shè)計(jì)了流量測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路,主要包括STM32單片機(jī)的選型和功能介紹、超聲發(fā)射電路、超聲接收電路、聲道切換電路、穩(wěn)壓電路、外設(shè)模塊電路的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)所涉及的各芯片進(jìn)行選型。第三,將整體測(cè)量系統(tǒng)分為上位機(jī)與下位機(jī)兩部分,上位機(jī)負(fù)責(zé)顯示測(cè)量數(shù)據(jù),發(fā)... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 選題依據(jù)及背景
    1.2 課題研究的目的及意義
    1.3 超聲流量計(jì)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 論文的主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排
第2章 多聲道超聲波明渠流量測(cè)量方法研究
    2.1 多聲道時(shí)差法測(cè)流量的測(cè)量原理
    2.2 主要器件選型
        2.2.1 超聲換能器
        2.2.2 GPS模塊
        2.2.3 無線串口模塊
    2.3 測(cè)量系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計(jì)
        2.3.1 測(cè)量系統(tǒng)原理
        2.3.2 測(cè)量系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
    3.1 系統(tǒng)硬件整體框架
    3.2 主控芯片的選型與簡介
    3.3 超聲發(fā)射電路的設(shè)計(jì)
    3.4 超聲接收電路的設(shè)計(jì)
    3.5 聲道切換電路的設(shè)計(jì)
    3.6 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)
    3.7 外設(shè)模塊電路的設(shè)計(jì)
    3.8 本章小結(jié)
第4章 測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    4.1 整體測(cè)量流程主程序設(shè)計(jì)
        4.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)C的主程序設(shè)計(jì)
        4.1.2 激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生
        4.1.3 采集模塊的配置
        4.1.4 單片機(jī)系統(tǒng)A、B的主程序設(shè)計(jì)
    4.2 系統(tǒng)通訊指令的設(shè)計(jì)
    4.3 上位機(jī)設(shè)計(jì)
        4.3.1 上位機(jī)的開發(fā)環(huán)境
        4.3.2 上位機(jī)的界面設(shè)計(jì)與功能說明
    4.4 根據(jù)絕對(duì)特征點(diǎn)獲取渡越時(shí)間的移動(dòng)正弦擬合算法
        4.4.1 渡越時(shí)間與絕對(duì)特征點(diǎn)的關(guān)系
        4.4.2 移動(dòng)正弦擬合算法提取絕對(duì)特征點(diǎn)的過程
    4.5 本章小結(jié)
第5章 測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析
    5.1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)環(huán)境
    5.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試
        5.2.1 發(fā)射電路與接收電路調(diào)試
        5.2.2 移動(dòng)正弦擬合算法標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
        5.2.3 單聲道測(cè)量系統(tǒng)改造
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.4 減小系統(tǒng)測(cè)量誤差的方法
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
    附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及研究成果
    附錄2 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖與PCB圖
    附錄3 實(shí)驗(yàn)相關(guān)圖片


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于多普勒超聲波流量計(jì)的城市河渠流速測(cè)量研究[J]. 潘凌,武治國,張春萍,沈海超,陳銀,張家銓,毛紅梅.  水利水電快報(bào). 2019(08)
[2]大型引黃灌區(qū)超聲波流量計(jì)的改進(jìn)與應(yīng)用[J]. 史中興,張師瑋,張彥蕊,于金文.  排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(12)
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[4]基于相關(guān)和Hilbert變換的科氏流量計(jì)相位差估計(jì)方法[J]. 沈廷鰲,李明,李華南,張起欣.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2017(12)
[5]雙聲道超聲波明渠流量計(jì)設(shè)計(jì)[J]. 李忠虎,岳蘭嬌.  工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 2017(06)
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[8]“速度差法”超聲波流量計(jì)在電廠中的應(yīng)用[J]. 劉鹿,解明杰.  河北電力技術(shù). 2015(S1)
[9]超聲波流量計(jì)的應(yīng)用與前景[J]. 王賢妮,宋財(cái)華.  工業(yè)計(jì)量. 2015(06)
[10]淺談超聲換能器的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 朱學(xué)耕.  科技展望. 2015(20)

碩士論文
[1]多聲道多普勒超聲波污水流量測(cè)量技術(shù)研究[D]. 任增強(qiáng).東華理工大學(xué) 2017
[2]基于高頻超聲的液體流量測(cè)量機(jī)理及方法研究[D]. 方宜兵.燕山大學(xué) 2016
[3]皮秒級(jí)TDC超聲波流體測(cè)量技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)[D]. 王賢妮.南昌大學(xué) 2013
[4]一種改進(jìn)型明渠流量計(jì)系統(tǒng)低功耗的研究[D]. 王龍山.太原理工大學(xué) 2013
[5]夾心式壓電超聲換能器設(shè)計(jì)及其振動(dòng)性能研究[D]. 梁松.東北大學(xué) 2011
[6]智能明渠流量傳感器的研究[D]. 劉偉光.山東科技大學(xué) 2011
[7]板式數(shù)字流量計(jì)的低功耗設(shè)計(jì)與無線射頻通信系統(tǒng)的研究[D]. 段臣杰.太原理工大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3574857