基于物联网的倾角式明渠自动测流系统的研究

发布时间：2017-08-16 04:28

  本文关键词：基于物联网的倾角式明渠自动测流系统的研究

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【摘要】：我国是一个农业大国,但同时也是一个水资源相对匮乏的国家,水资源分布不均匀,且总量不足。农业用水量占全国用水量的绝大部分,水资源的短缺是制约我国农业发展的一个重要因素。众所周知,农田灌溉用水是农业用水的重要部分,我国的灌区渠系大多为明渠,自上世纪90年代以来,随着灌区工程续建和节水改造工程建设的加快,传统的水量调配和量测技术已经不适应农业生产的发展要求,大中型灌区的渠道已经是标准化渠道,这为我们研究新型的明渠测流方法提供了很好的基础和条件。根据我国灌区明渠量水的研究现状、目前的实际应用情况以及发展趋势,本课题研究并设计了一种新型的基于物联网的倾角式明渠自动测流系统。基于物联网的倾角式明渠自动测流系统突破传统的思想与理论,主要利用测流杆角度的变化来反映明渠的流量,角度信号由光电编码器采集并传输至主控制器,在我校水流大厅实验室的U型渠道进行大量的实验,建立了角度-流量的数学模型,并将数学模型写入软件程序中。实际测量时水流冲击测流杆,测流杆偏转的角度对应着明渠的流量,此流量值可在现场的屏幕显示,并且能够通过无线传输模块传输到互联网上读取、存储与分析,实现了明渠的自动测流。本研究和设计主要自主完成了以下几项研究内容:(1)利用传感器技术、物联网技术、计算机技术及相关的专业知识完成了基于物联网的倾角式明渠自动测流系统的总体方案设计;(2)设计并完成了该系统的硬件电路、信号采集电路、无线传输模块、液晶显示模块等;(3)利用JavaScript和golang程序语言完成了该系统的软件程序的编写和调试;(4)在实验室的标准规格的U型渠道上进行了大量的实验,最终建立了角度-流量关系的数学模型;(5)设计并制做了基于物联网的倾角式明渠自动测流系统的机械固定装置。本研究结合物联网技术、传感器技术及计算机技术,设计并实现了一种全新的测流方法,该测流方法测流操作简单易行,真正意义上实现了自动测流,并且测量结果经过无线传输可实现远距离读取和存储,对我国的大中型灌区的标准渠道自动测流有一定的实用价值和推广价值。
【关键词】：角度传感器 测流杆 物联网 明渠 自动测流
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S274;S126
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 课题研究的目的与意义11-12
• 1.3 灌区明渠测流的研究现状12-17
• 1.3.1 灌区明渠测流的国内外研究现状12-14
• 1.3.2 常见的灌区明渠测流设备和仪器14-15
• 1.3.3 我国灌区明渠测流存在的问题及发展趋势15-17
• 1.4 课题的研究内容和技术路线17-20
• 1.4.1 课题的研究内容17-19
• 1.4.2 课题的技术路线19-20
• 第二章 倾角式明渠自动测流系统的总体方案设计20-34
• 2.1 自动测流系统的工作原理20-22
• 2.2 物联网介绍22-24
• 2.3 测流系统的电气工作原理24
• 2.4 自动测流系统机械结构设计24-25
• 2.5 自动测流系统数学模型的建立25-31
• 2.6 自动测流系统的方案概述31-34
• 第三章 倾角式明渠自动测流系统的硬件电路设计34-48
• 3.1 控制电路的设计34-37
• 3.1.1 主控电路的设计34-35
• 3.1.2 单片机的型号选取35-37
• 3.2 供电模块的电路设计37-38
• 3.3 液晶显示模块的电路设计38-40
• 3.4 超声波测距模块40-42
• 3.5 光电编码器42-45
• 3.6 串口转WIFI模块45-48
• 第四章 倾角式明渠自动测流系统的软件开发48-74
• 4.1 倾角式自动测流系统的程序设计48-64
• 4.1.1 软件程序语言和通讯协议的选择49-50
• 4.1.2 中央控制器的软件设计50-55
• 4.1.3 传感器的信号采集与传输的软件设计55-57
• 4.1.4 数据库软件设计57-60
• 4.1.5 服务器端软件设计60-64
• 4.2 倾角式自动测流系统客户端的程序设计64-74
• 4.2.1 客户端的程序语言选择64-65
• 4.2.2 客户端的功能与应用程序设计65-74
• 第五章 自动测流系统的测试与应用74-82
• 5.1 自动测流系统的调试74-75
• 5.1.1 系统的硬件调试74-75
• 5.1.2 系统的软件调试75
• 5.2 自动测流系统测流实验75-78
• 5.3 自动测流系统的实际应用78-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文90

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