【摘要】：水文信息是防汛抗旱、搶險救災(zāi)等部門決策的重要依據(jù),自動水文纜道系統(tǒng)是水文信息測報的主要過河設(shè)備。目前,我國自動水文纜道系統(tǒng)的采集、傳輸、成像等技術(shù)相對落后,測流精度和效率均較低。本文研究設(shè)計了一套新型全自動化水文纜道超聲波測深系統(tǒng)。通過分析國內(nèi)外水文自動測報技術(shù)的優(yōu)缺點,對水文纜道超聲波測深系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、核心技術(shù)、硬件電路和系統(tǒng)軟件進行了設(shè)計,將設(shè)計方案研發(fā)為相應(yīng)的設(shè)備,并通過了實驗室、池塘和水文站的測試,主要設(shè)計內(nèi)容如下:(1)本文將測深系統(tǒng)分為室外測深儀、室內(nèi)無線數(shù)傳終端和客戶端軟件系統(tǒng)。設(shè)計了測深系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù):溫度傳感器采用了實時自動溫度補償裝備,實現(xiàn)了對超聲波速度的實時溫度補償;測深傳感器采用壓力式傳感器,實現(xiàn)鉛魚入水深度的自動測量;采用藍牙和無線電臺進行數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)無線遠程傳輸控制;將打印在記錄紙上的模擬信號用數(shù)字化圖像的方法顯示出來,并可以存貯,實現(xiàn)回波信號的顯示與儲存。(2)硬件電路設(shè)計是超聲波測深系統(tǒng)的核心,分別對供電系統(tǒng)、人機交互硬件電路、水聲信號處理電路、發(fā)射電路和接收電路進行設(shè)計。供電系統(tǒng)使用HTC4006-4充電管理,通過CHG引腳輸出充電狀態(tài),放電回路分別給數(shù)字電源和模擬電源提供輸入。人機交互硬件電路采用MSP430F5438A作為主控中心。水聲信號處理電路采用TMS320F2812的測控應(yīng)用的定點dsp芯片作為處理核心板。發(fā)射電路是用光耦合器做隔離,OC門推TTL,后推挽放大。接收電路主要包括前級放大、可控增益放大、網(wǎng)絡(luò)濾波、檢波電路和輸出級電路;其接收電路模塊為HD-MAX雙頻測深儀高頻接收板,設(shè)計最大總增益為120dB,增益控制區(qū)間為56dB~120dB,最小檢測信號幅度為5mV。(3)設(shè)計了測深系統(tǒng)軟件。水底反射信號的識別軟件設(shè)計采用水底跟蹤技術(shù),假設(shè)次級深度差為±10%,時間門在最后一次準(zhǔn)確回波之前以10%×T的時間門打開,并且時間門內(nèi)的回波是正確的回波。本文對整套水文纜道超聲波測深系統(tǒng)進行全面設(shè)計,并進行實地測試,實現(xiàn)了實時測量水溫、實時對超聲波聲速進行修正,無線傳輸迅速,信號寬度穩(wěn)定,效率高,成像技術(shù)能精確識別水道斷面的全程自動化,為后期全自動水文纜道超聲波測深系統(tǒng)產(chǎn)品化及應(yīng)用提供了依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV87;O426.9;TP212
【圖文】：

基本思路統(tǒng)主要由室外測深儀、室內(nèi)無線數(shù)傳終端和關(guān)、電源充電口（與網(wǎng)絡(luò)口共用）、電臺天雷莫口，電臺天線口使用 TNC 座；考慮到測深該要有吊掛的位置。整個測深儀要求達到 設(shè)計在保證足夠強度的前提下，應(yīng)以簡單、空間放置 4AH 的鋰電池及設(shè)置儀器工作模式定天線的五金件。端的體積可盡量做小，使用材料不限，在滿足源口（與網(wǎng)絡(luò)口共用）及電臺天線口。測深系統(tǒng)測深工作過程為，由水文纜道將室外送測深指令，指令通過無線發(fā)送至室外測深室內(nèi)終端計算機計算水深數(shù)值。詳見圖 2.1。

圖 3.3 輸出電路圖圖 3.4 充電狀態(tài)檢測圖源提供采用 LINEAR 的 LT8610，詳見圖 3.5。一款緊湊、高效率、高速、同步、單片式、降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，僅消器件集成了上管和下管電源開關(guān)以及所有必要的電路，以最大限

接口類型為 MCX 型母座；調(diào)制方式為 4-LEVEL FSK,接收靈敏度優(yōu)于 13在 119dbm 時，數(shù)據(jù)干擾措施為 FEC 前向措施，CRC 校驗、交織；鏈路線射頻特性有：典型頻段中心頻率為 230MHz、460MHz，或由用戶指定頻Hz~520MHz，頻率控制方式為頻率合成，總帶寬為 10MHz 信道帶寬為 2定性為±1.5ppm，鄰道選擇性≥60DB，發(fā)射功率可選。引腳介紹如下：1、2 腳位接地腳。3 腳為電源腳。C12 和 C16 位電臺工作提供足夠的電量。4 腳場強電平輸出，電平在 0.8VDC ~ 2.4VDC。該端接 CPU 的 ad 輸入端口電壓可以判斷出此時的電場強度。5 腳是靜噪電平輸出輸出 0 時，有信號；輸出 1（3.3V）時無信號。該端斷輸入口，判斷是否有信號收到。6、7 腳是串口數(shù)據(jù)通訊口，與 CPU 的串口相連，進行數(shù)據(jù)的傳輸。8 參數(shù)設(shè)置狀態(tài)輸入。輸入 1（3.3V）時，為工作狀態(tài)，即傳輸狀態(tài)；輸入換信道狀態(tài)。此端口接 CPU 的 GPIO，來控制電臺的工作模式。

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本文編號：2790086