水库用水远程计量方法及系统研究

发布时间：2017-05-19 13:21

  本文关键词：水库用水远程计量方法及系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国水资源的日益匮乏以及对环境污染等问题的日益重视,水资源的精确监控与利用变得越来越重要。国内有很多如引水、调水等水利工程,在这些工程项目中,大部分是将水库的水通过大口径的输水管道运输到使用地,并且管道里的水大部分时间是非满管的流动状态。现阶段很多传统的测量方法在大口径、非满管工况下不能达到用水计量的精度要求。多声路超声波测量较好的解决了大口径测量问题,但是在非满管工况下测量精度较差；非满管电磁流量计配合液位计对非满管的用水计量比较准确,但是随着口径的增加,成本也在快速增加。另外现阶段多数的用水远程管理系统都是采用B/S架构或者C/S架构,但是对于某些小型水库,监测点较少,规模小,需要一种低成本的解决方案。所以综合解决大口径非满管用水计量问题以及设计一个适用于小规模应用的远程计量系统具有重要意义。 针对大口径非满管超声波流量计计量中存在的精度差问题,理论算法方面,本文在研究现有算法的基础上,提出了一种速度-高度-神经网络算法。速度指的是通过多声路超声波流量计将管道划分为对应的几个声路,测量每一个声路的流速；高度指的是通过液位计测得的非满管流态下的液位高度;神经网络算法指的是建立了一个三层的BP神经网络,利用测得的流速、高度信息,计算出当前的流量。同时还通过高斯-雅各比数值算法确定了声路的数目及相对声路高度。 针对小规模、低成本用水计量系统的实际需求,设计了一套基于嵌入式B/S架构的远程用水计量系统。该系统采用星型网络结构,由一个中心节点与多个数据采集节点组成。中心节点与数据采集节点之间通过GPRS网络进行通信。数据采集节点使用STM32F103系列嵌入式处理器作为主控芯片进行多声道数据的采集和处理,并通过GPRS网络将数据发送给中心节点。中心节点使用S5PV210处理器作为主控芯片,搭载Linux操作系统,集成Boa嵌入式WEB服务器,SQlite小型数据库,系统通过以太网模块接收采集节点传输来的数据,利用WEB服务器进行网站发布,通过该方法实现了用户通过浏览器进行远程访问的目的。 经实验验证,该算法提高了大口径非满管工况下用水测量精度；设计的嵌入式远程计量系统运行可靠,较好的满足了实际需求,并且该系统具有成本低,可扩展性强,监控方便等优点,对设计小型用水计量系统有一定的借鉴价值。
【关键词】：大口径 非满管 神经网络 嵌入式B/S WEB服务器
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV697.2;TP183
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外用水计量方法9-15
• 1.2.1 超声波流量测量方法11-14
• 1.2.2 大口径非满管流量测量14-15
• 1.3 国内外用水管理系统15-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 2 大口径非满管用水计量算法19-30
• 2.1 声道布置方案选择19-21
• 2.1.1 单声道布置方式19-20
• 2.1.2 多声道布置方式20-21
• 2.2 大口径非满管超声计量算法21-29
• 2.2.1 多声道超声时差测量法21-22
• 2.2.2 高斯-雅可比数值算法确定声道数及声道高度22-25
• 2.2.3 BP神经网络算法计算流量25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 嵌入式B/S架构总体方案设计30-32
• 3.1 嵌入式B/S架构总体设计30
• 3.2 中心节点总体设计30-31
• 3.3 数据采集节点总体设计31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 嵌入式B/S架构系统硬件设计32-38
• 4.1 采集节点电路设计32-36
• 4.1.1 采集节点系统方案32
• 4.1.2 采集电路最小系统设计32-33
• 4.1.3 数据采集模块电路设计33-34
• 4.1.4 GPRS模块电路设计34-35
• 4.1.5 串口电路设计35-36
• 4.1.6 采集节点PCB设计36
• 4.2 中心节点电路设计36-37
• 4.2.1 主控CPU选型设计36
• 4.2.2 中心节点系统方案36-37
• 4.2.3 其他电路设计37
• 4.3 本章小结37-38
• 5 嵌入式B/S架构系统软件设计38-54
• 5.1 软件整体框架设计38-39
• 5.2 采集节点程序设计39-42
• 5.2.1 多声道数据采集程序设计39-42
• 5.2.2 多声道数据处理算法实现42
• 5.2.3 GPRS程序设计42
• 5.3 中心节点软件设计42-53
• 5.3.1 LIUNX操作系统移植42-48
• 5.3.2 嵌入式B/S架构系统搭建48-52
• 5.3.3 嵌入式WEB界面52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 速度-高度-神经网络算法验证及系统测试54-62
• 6.1 系统平台搭建及通讯实验54-56
• 6.1.1 数据采集终端调试平台54-56
• 6.1.2 数据中心服务器平台56
• 6.2 系统测试及验证56-61
• 6.2.1 获取数据56-57
• 6.2.2 Matlab仿真57-61
• 6.3 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 附录66-74
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：378835