水文缆道超声波测深系统设计

发布时间：2020-08-12 05:07

【摘要】：水文信息是防汛抗旱、抢险救灾等部门决策的重要依据,自动水文缆道系统是水文信息测报的主要过河设备。目前,我国自动水文缆道系统的采集、传输、成像等技术相对落后,测流精度和效率均较低。本文研究设计了一套新型全自动化水文缆道超声波测深系统。通过分析国内外水文自动测报技术的优缺点,对水文缆道超声波测深系统的总体结构、核心技术、硬件电路和系统软件进行了设计,将设计方案研发为相应的设备,并通过了实验室、池塘和水文站的测试,主要设计内容如下:(1)本文将测深系统分为室外测深仪、室内无线数传终端和客户端软件系统。设计了测深系统的关键技术:温度传感器采用了实时自动温度补偿装备,实现了对超声波速度的实时温度补偿;测深传感器采用压力式传感器,实现铅鱼入水深度的自动测量;采用蓝牙和无线电台进行数据传输,实现无线远程传输控制;将打印在记录纸上的模拟信号用数字化图像的方法显示出来,并可以存贮,实现回波信号的显示与储存。(2)硬件电路设计是超声波测深系统的核心,分别对供电系统、人机交互硬件电路、水声信号处理电路、发射电路和接收电路进行设计。供电系统使用HTC4006-4充电管理,通过CHG引脚输出充电状态,放电回路分别给数字电源和模拟电源提供输入。人机交互硬件电路采用MSP430F5438A作为主控中心。水声信号处理电路采用TMS320F2812的测控应用的定点dsp芯片作为处理核心板。发射电路是用光耦合器做隔离,OC门推TTL,后推挽放大。接收电路主要包括前级放大、可控增益放大、网络滤波、检波电路和输出级电路;其接收电路模块为HD-MAX双频测深仪高频接收板,设计最大总增益为120dB,增益控制区间为56dB~120dB,最小检测信号幅度为5mV。(3)设计了测深系统软件。水底反射信号的识别软件设计采用水底跟踪技术,假设次级深度差为±10%,时间门在最后一次准确回波之前以10%×T的时间门打开,并且时间门内的回波是正确的回波。本文对整套水文缆道超声波测深系统进行全面设计,并进行实地测试,实现了实时测量水温、实时对超声波声速进行修正,无线传输迅速,信号宽度稳定,效率高,成像技术能精确识别水道断面的全程自动化,为后期全自动水文缆道超声波测深系统产品化及应用提供了依据。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV87;O426.9;TP212
【图文】：

示意图,超声波测深仪,缆道,示意图

基本思路统主要由室外测深仪、室内无线数传终端和关、电源充电口（与网络口共用）、电台天雷莫口，电台天线口使用 TNC 座；考虑到测深该要有吊挂的位置。整个测深仪要求达到设计在保证足够强度的前提下，应以简单、空间放置 4AH 的锂电池及设置仪器工作模式定天线的五金件。端的体积可尽量做小，使用材料不限，在满足源口（与网络口共用）及电台天线口。测深系统测深工作过程为，由水文缆道将室外送测深指令，指令通过无线发送至室外测深室内终端计算机计算水深数值。详见图 2.1。

输出电路,开关稳压器,降压型,单片式

图 3.3 输出电路图图 3.4 充电状态检测图源提供采用 LINEAR 的 LT8610，详见图 3.5。一款紧凑、高效率、高速、同步、单片式、降压型开关稳压器，仅消器件集成了上管和下管电源开关以及所有必要的电路，以最大限

电台,驱动电路

接口类型为 MCX 型母座；调制方式为 4-LEVEL FSK,接收灵敏度优于 13在 119dbm 时，数据干扰措施为 FEC 前向措施，CRC 校验、交织；链路线射频特性有：典型频段中心频率为 230MHz、460MHz，或由用户指定频Hz~520MHz，频率控制方式为频率合成，总带宽为 10MHz 信道带宽为 2定性为±1.5ppm，邻道选择性≥60DB，发射功率可选。引脚介绍如下：1、2 脚位接地脚。3 脚为电源脚。C12 和 C16 位电台工作提供足够的电量。4 脚场强电平输出，电平在 0.8VDC ~ 2.4VDC。该端接 CPU 的 ad 输入端口电压可以判断出此时的电场强度。5 脚是静噪电平输出输出 0 时，有信号；输出 1（3.3V）时无信号。该端断输入口，判断是否有信号收到。6、7 脚是串口数据通讯口，与 CPU 的串口相连，进行数据的传输。8 参数设置状态输入。输入 1（3.3V）时，为工作状态，即传输状态；输入换信道状态。此端口接 CPU 的 GPIO，来控制电台的工作模式。

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