基于压力传感器的便携式明渠自动测流装置的研究

发布时间：2017-08-21 02:35

  本文关键词：基于压力传感器的便携式明渠自动测流装置的研究

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【摘要】：近几年来，随着经济的快速发展，我国正由农业大国向工业大国的转变，但我国依然是一个缺水的国家，尤其是农业用水量占全国用水量的70%以上，水资源的短缺已经成为制约我国农业发展的一个重要因素，传统的量水制度不健全，而且对用水缺乏有效的管理，这些都是造成水资源大量浪费的原因。因此，对灌区用水进行实时监测和科学有效的管理是灌区的发展方向，也是推动灌区自动化、信息化发展的重要措施。如何研发出自动化程度高、测流精确、价格低廉、性能稳定、携带方便的测流装置对明渠进行测流至关重要，也是我国实行最严格水资源管理制度的重要基础。 本文根据灌区量水的研究现状、发展趋势以及目前的实际应用情况，，研究并设计了一种便携式明渠自动测流装置。该便携式自动测流装置根据流速面积法，采用自主研发的便携式流量传感器，测出多点水位、流速信号，并将其送入上位机进行处理，在上位机上可以输入渠道断面参数，最终在上位机以及二次仪表上直接显示出渠道的水位、流量值，让人们直观的了解到当前明渠的流量，达到自动测流的目的。本文主要工作包括以下内容：（1）自主研发的压力式流量传感器 根据伯努利原理—流体的机械能守恒，即动能、重力势能、压力势能之和等于常数这一基本原理，选用10组共20个压力传感器，两两一组，处在同一水平高度，即保证了重力势能一样：一个正对水的冲力，测出水流的动力势能；另一个与水流方向垂直，测出这一点水流的静水压力势能。最后根据伯努利方程算出流速。根据这一思路设计了该流量传感器硬件电路，包括主控制电路、供电电路、信号采集电路、液晶显示电路、通信接口电路。传感器的软件设计则采用了C语言对其进行模块化编程，最终实现流量传感器的功能。本便携式流量传感器具有携带方便、测量精度高、功耗低、集成化程度高、自动采集水压信号、稳定可靠。（2）上位机监控软件的设计 运用Visual Basic语言进行上位机软件的编制，实现上位机对水位、流量信号进行实时监控，以达到自动测流的目的。上位机监控软件具有以下功能：①适合不同断面类型的明渠渠道水位、流量监测，在上位机上输入断面渠道参数，选择不同类别的流量计算公式，最终实现流量的计算；②能同时显示水位深度与流量，并把这些数据保存起来，随时查看。 整个装置经过实验证明：自主研发的便携式压力流量传感器具有便于携带、测量精度高等特点。整个装置运行正常、可靠性强，基本达到了设计要求，有着广泛的应用前景。最后指出了本装置不足之处以及需要改进的地方，便于以后更加深入的研究。
【关键词】：压力传感器 便携式 明渠 自动测流 单片机
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV133;P332.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题背景11
• 1.2 研究的目的与意义11-12
• 1.3 我国灌区量水研究现状、存在的问题和发展趋势12-16
• 1.3.1 国内外灌区量水现状12-14
• 1.3.2 国内外测流装置的发展及研究14-15
• 1.3.3 灌区量水存在的问题及发展趋势15-16
• 1.4 本文的研究内容和技术路线16-19
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 第二章 便携式明渠自动测流装置总体方案的设计19-25
• 2.1 水位传感器19
• 2.2 水位、流速的测量原理19-22
• 2.2.1 明渠均匀流水位测流法20-21
• 2.2.2 伯努利方程压力测流法21-22
• 2.3 便携式明渠自动测流装置总体方案的设计22-25
• 第三章 便携式明渠自动测流装置硬件设计与研究25-43
• 3.1 压力式流量传感器的外形结构和原理25-28
• 3.1.1 传感器的外形结构25-26
• 3.1.2 压力传感器的选取26-27
• 3.1.3 传感器的流速、水位测流原理27-28
• 3.2 便携式明渠自动测流装置的结构设计28-29
• 3.3 控制电路的设计29-31
• 3.3.1 单片机的选取29-30
• 3.3.2 主控电路的设计30-31
• 3.4 供电模块的电路设计31-32
• 3.5 信号采集模块的电路设计32-37
• 3.5.1 检测电路的设计32-33
• 3.5.2 选通电路的设计33-36
• 3.5.3 放大电路的设计36-37
• 3.6 液晶显示模块的电路设计37-39
• 3.7 通信接口的电路设计39-43
• 第四章 便携式明渠自动测流装置软件的设计43-61
• 4.1 压力式流量传感器的程序设计43-57
• 4.1.1 程序语言与开发平台的选取43-44
• 4.1.2 信号采集模块的程序设计44-46
• 4.1.3 液晶显示部分的软件设计46-50
• 4.1.4 通信部分的软件设计50-53
• 4.1.5 整个主程序的源程序53-57
• 4.2 上位机监控软件的设计57-61
• 4.2.1 编程语言的选择57-58
• 4.2.2 上位机监控软件功能的设计58-61
• 第五章 便携式明渠自动测流装置的测试与应用61-67
• 5.1 系统的调式61-63
• 5.1.1 硬件调试61
• 5.1.2 软件调试61-63
• 5.2 试验部分和数据分析63-67
• 5.2.1 便携式自动测量装置测量水位和数据分析63-64
• 5.2.2 便携式自动测量装置测量流速和数据分析64-67
• 第六章 总结与展望67-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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9 熊中刚;蒋

本文编号：710366