由于超聲波流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸測量和易于實現(xiàn)集成化等特點,使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療檢測及環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域,涉及到氣體或液體的量化與計量方面有著巨大的應用價值和廣泛的應用前景。本文針對明渠流量這一特殊的測量對象,設(shè)計了一種基于GPS同步的多聲道超聲波明渠流量測系統(tǒng)進行無線化流量計量。測量系統(tǒng)以時差法為基本測量原理,針對一般的明渠流量計聲道數(shù)少,線纜長的缺點,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現(xiàn)無線化的流量測量方法。設(shè)計了移動正弦擬合算法對超聲波傳感信號進行直接數(shù)字處理,準確獲取渡越時間。給出了流量測量系統(tǒng)所必須的軟硬件設(shè)計。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,詳細介紹了多聲道超聲波流量計的測量原理以及時差法測流速的相關(guān)公式推導,提出了基于GPS秒脈沖同步的多聲道超聲波明渠流量測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。第二,設(shè)計了流量測量系統(tǒng)的硬件電路,主要包括STM32單片機的選型和功能介紹、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)計以及系統(tǒng)所涉及的各芯片進行選型。第三,將整體測量系統(tǒng)分為上位機與下位機兩部分,上位機負責顯示測量數(shù)據(jù),發(fā)... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學湖北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：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量方法研究
    2.1 多聲道時差法測流量的測量原理
    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 測量系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計
        2.3.1 測量系統(tǒng)原理
        2.3.2 測量系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第3章 測量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計
    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
    3.4 超聲接收電路的設(shè)計
    3.5 聲道切換電路的設(shè)計
    3.6 穩(wěn)壓電路的設(shè)計
    3.7 外設(shè)模塊電路的設(shè)計
    3.8 本章小結(jié)
第4章 測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    4.1 整體測量流程主程序設(shè)計
        4.1.1 單片機系統(tǒng)C的主程序設(shè)計
        4.1.2 激勵信號的產(chǎn)生
        4.1.3 采集模塊的配置
        4.1.4 單片機系統(tǒng)A、B的主程序設(shè)計
    4.2 系統(tǒng)通訊指令的設(shè)計
    4.3 上位機設(shè)計
        4.3.1 上位機的開發(fā)環(huán)境
        4.3.2 上位機的界面設(shè)計與功能說明
    4.4 根據(jù)絕對特征點獲取渡越時間的移動正弦擬合算法
        4.4.1 渡越時間與絕對特征點的關(guān)系
        4.4.2 移動正弦擬合算法提取絕對特征點的過程
    4.5 本章小結(jié)
第5章 測量系統(tǒng)的實驗測試與分析
    5.1 實驗裝置與實驗環(huán)境
    5.2 實驗調(diào)試
        5.2.1 發(fā)射電路與接收電路調(diào)試
        5.2.2 移動正弦擬合算法標定實驗
        5.2.3 單聲道測量系統(tǒng)改造
    5.3 實驗結(jié)果分析
    5.4 減小系統(tǒng)測量誤差的方法
    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
致謝
附錄
    附錄1 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及研究成果
    附錄2 單片機系統(tǒng)原理圖與PCB圖
    附錄3 實驗相關(guān)圖片


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]大型引黃灌區(qū)超聲波流量計的改進與應用[J]. 史中興,張師瑋,張彥蕊,于金文.  排灌機械工程學報. 2018(12)
[3]時差式超聲流量計單聲道結(jié)構(gòu)分析[J]. 陳國宇,劉桂雄.  中國測試. 2018(03)
[4]基于相關(guān)和Hilbert變換的科氏流量計相位差估計方法[J]. 沈廷鰲,李明,李華南,張起欣.  儀器儀表學報. 2017(12)
[5]雙聲道超聲波明渠流量計設(shè)計[J]. 李忠虎,岳蘭嬌.  工業(yè)控制計算機. 2017(06)
[6]超聲污水流量測量的數(shù)學建模及影響因素分析[J]. 任增強,李躍忠,錢永安.  山西大同大學學報(自然科學版). 2017(02)
[7]多聲道氣體超聲流量計的研究[J]. 李小京,邢天龍.  傳感器與微系統(tǒng). 2016(11)
[8]“速度差法”超聲波流量計在電廠中的應用[J]. 劉鹿,解明杰.  河北電力技術(shù). 2015(S1)
[9]超聲波流量計的應用與前景[J]. 王賢妮,宋財華.  工業(yè)計量. 2015(06)
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碩士論文
[1]多聲道多普勒超聲波污水流量測量技術(shù)研究[D]. 任增強.東華理工大學 2017
[2]基于高頻超聲的液體流量測量機理及方法研究[D]. 方宜兵.燕山大學 2016
[3]皮秒級TDC超聲波流體測量技術(shù)的研究及實現(xiàn)[D]. 王賢妮.南昌大學 2013
[4]一種改進型明渠流量計系統(tǒng)低功耗的研究[D]. 王龍山.太原理工大學 2013
[5]夾心式壓電超聲換能器設(shè)計及其振動性能研究[D]. 梁松.東北大學 2011
[6]智能明渠流量傳感器的研究[D]. 劉偉光.山東科技大學 2011
[7]板式數(shù)字流量計的低功耗設(shè)計與無線射頻通信系統(tǒng)的研究[D]. 段臣杰.太原理工大學 2009



本文編號：3574857