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【6h】

双声道超声波明渠流量计设计

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引言

1 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2明渠流量测量技术研究现状与发展趋势

1.3超声波明渠流量测量技术概述

1.4论文主要研究工作及章节安排

2 双声道超声波明渠流量计总体方案设计

2.1系统概述

2.2双声道超声波明渠流量计结构及原理

2.3本章小结

3 双声道超声波明渠流量计硬件系统设计与实现

3.1硬件系统结构与原理

3.2主要器件选型

3.3 MSP430F149管脚分配及电路设计

3.4超声波发射电路设计

3.5超声波信号处理电路设计

3.6时间测量电路设计

3.7其它电路设计

3.8本章小结

4 双声道超声波明渠流量计软件系统设计

4.1软件开发平台概述

4.2软件结构及原理

4.3主程序设计

4.4 TDC-GP21通信子程序设计

4.5时间测量子程序设计

4.6显示程序设计

4.7本章小结

5 双声道超声波明渠流量计实验研究

5.1实验平台设计

5.2实验调试

5.3结果分析

5.4系统改进

5.5本章小结

结论

参考文献

附录A 双声道超声波明渠流量计电路原理图

附录B 程序代码

在学研究成果

致谢

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摘要

明渠流量自动测量是灌区自动化和信息化的基础,实现灌溉明渠流量的准确计量,以促进节约用水和合理用水,是灌区加强经营管理并提高经济效益的有效途径,故对明渠流量测量方法及相关设备进行研究具有重要的现实意义。
  本课题以灌区梯形明渠流量测量为背景,选用MSP430F149微处理器作为控制中心,以高精度时间间隔测量芯片TDC-GP21为计时核心,依据时差法设计了一款双声道超声波明渠流量计。论文首先研究了明渠流量测量的常用方法及发展趋势,分析了课题研究的重要意义,介绍了时差法测量原理,建立了多声道梯形明渠测流模型,推导出了流量计算公式及换能器安装位置;其次,介绍了硬件电路的设计思路及主要电路构成,并用Altium Designer绘制了双声道超声波明渠流量计电路原理图,主要包含TDC-GP21时间测量电路、脉冲信号驱动电路、收发时序控制电路、回波信号处理电路、通讯电路、LCD12864显示电路等,并用Multisim软件进行了仿真;接着介绍了软件系统设计平台IAR,并编写了主程序、TDC-GP21控制子程序、数据处理子程序、通信子程序、LCD显示子程序等;最后,根据设计的硬件电路图制作了实物,进行了相关的实验研究。换能器在激励脉冲作用下发射声波信号,该信号经过时间t后被对应的换能器接收,通过对接收信号的放大、二阶有源带通滤波和过零阈值检测等处理,确定超声波信号的顺、逆流传播时间,进而求得梯形明渠内流体的流速和流量值。实验研究验证了所设计的双声道超声波明渠流量计的正确性和可行性,达到了预期的研究目标。

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