超声波风速计调理电路及其阴影效应补偿方法的研究
发布时间：2021-03-01 22:33
风作为一种重要的清洁能源,在现今生活中有着广泛的应用,在铁路、航空、航海、军事和气象等方面,风速风向的准确测量至关重要。由于风速和风向在这些领域中的重要性,一系列风速风向检测系统应运而生,传统的测风仪器有皮托管式、热线式、机械式等。但是这类传统测风仪测量范围窄、由于活动器件间的机械磨损导致使用寿命短、精度较低,逐渐被测量范围广,响应快,检测精度高抗干扰能力强的超声波风速风向仪替代。在研究了多种超声波风速风向测量系统后,本文选用相位差法测得某一时刻风速后更新雷诺数判断风场状态再计算出更为精准的风速值,以此作为超声波测风系统的主要原理;利用计算能力较强的STM32F4系列芯片作为超声波测风系统的主控芯片,控制器其外围电路进行测量并用软件的方法对其阴影效应进行仿真与补偿。系统的硬件部分基于模块化的思想进行设计,以STM32F407ZGT6为系统主控制芯片,配合超声波传感器驱动电路、滤波电路、放大电路、相位比较电路以及数据传输电路等外围电路实现对风场风速风向的测量,系统将测得数据通过无线网络传输至上位机进行数据的储存与处理。系统的软件方面利用BP神经网络对传感器所接收到数据进行优化,基于MAT...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 风速测量技术的发展及研究现状
1.2.2 超声波测风的国外研究现状
1.2.3 超声波测风的国内研究现状
1.3 超声波测风的阴影效应
1.4 本文的主要研究内容
第2章 超声波测量风速风向方法的研究
2.1 超声波特性
2.2 超声波测风方法
2.2.1 多普勒法
2.2.2 涡街法
2.2.3 相关法
2.2.4 相位差法
2.3 系统器件选型与总体设计
2.3.1 超声波传感器的分析与选型
2.3.2 通信模块的分析与选型
2.3.3 相位比较器件的分析与选型
2.4 系统总体设计
2.5 本章小结
第3章 超声波测风阵列湍流扰动和仿真
3.1 湍流分析构架
3.1.1 湍流基本知识
3.1.2 分析湍流的数学模型
3.2 风场模拟分析步骤
3.2.1 模型创建
3.2.2 模型仿真
3.3 本章小结
第4章 超声波测风系统的设计与研制
4.1 超声波传感器硬件设计
4.1.1 换能器驱动电路
4.1.2 模拟开关电路设计
4.1.3 超声波接收电路设计
4.1.4 电压比较器电路设计
4.1.5 相位比较电路设计
4.1.6 无线通讯模块设计
4.1.7 ESP8266模块工作方式
4.1.8 STM32简介以及外围电路
4.1.9 系统电源电路设计
4.2 系统软件设计
4.2.1 风速风向计算
4.2.2 ESP8266数据传输
4.3 本章小结
第5章 阴影效应补偿算法的研究
5.1 BP神经网络
5.2 人工鱼群算法
5.2.1 人工鱼群算法的主要行为
5.2.2 人工鱼群算法的主要行为及程序流程
5.3 本章小结
第6章 实验结果分析
6.1 测量数据对比
6.2 实验环境搭建
6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电气自动化技术在火力发电中的创新应用[J]. 陆华利. 科技风. 2019(34)
[2]智能仪器仪表技术的运用及发展[J]. 黄领. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]基于改进人工鱼群算法优化的 BP神经网络预测控制系统[J]. 黄丽华,李俊丽. 化工自动化及仪表. 2019(08)
[4]海上全直流型风电场的电压源型控制[J]. 杨仁炘,施刚,蔡旭. 电工技术学报. 2018(S2)
[5]基于超声波传感器的风速风向测量研究[J]. 刘华欣. 仪表技术与传感器. 2018(12)
[6]基于微机电系统的高深宽比气相微色谱柱[J]. 罗凡,冯飞,赵斌,田博文,杨雪蕾,周海梅,李昕欣. 色谱. 2018(09)
[7]基于CFD和BP神经网络的超声测风仪阴影效应补偿研究[J]. 张加宏,孙林峰,李敏,冒晓莉,葛益娴. 传感技术学报. 2018(08)
[8]基于皮托管原理的风速传感器[J]. 周海坤. 煤矿安全. 2018(08)
[9]BP神经网络基本原理[J]. 袁冰清,程功,郑柳刚. 数字通信世界. 2018(08)
[10]电磁式涡街流量计测量含气导电液体流量研究[J]. 汪春畅,徐科军,许伟,吴建平,梁利平,熊伟,闫小雪. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
本文编号：3058119
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 风速测量技术的发展及研究现状
1.2.2 超声波测风的国外研究现状
1.2.3 超声波测风的国内研究现状
1.3 超声波测风的阴影效应
1.4 本文的主要研究内容
第2章 超声波测量风速风向方法的研究
2.1 超声波特性
2.2 超声波测风方法
2.2.1 多普勒法
2.2.2 涡街法
2.2.3 相关法
2.2.4 相位差法
2.3 系统器件选型与总体设计
2.3.1 超声波传感器的分析与选型
2.3.2 通信模块的分析与选型
2.3.3 相位比较器件的分析与选型
2.4 系统总体设计
2.5 本章小结
第3章 超声波测风阵列湍流扰动和仿真
3.1 湍流分析构架
3.1.1 湍流基本知识
3.1.2 分析湍流的数学模型
3.2 风场模拟分析步骤
3.2.1 模型创建
3.2.2 模型仿真
3.3 本章小结
第4章 超声波测风系统的设计与研制
4.1 超声波传感器硬件设计
4.1.1 换能器驱动电路
4.1.2 模拟开关电路设计
4.1.3 超声波接收电路设计
4.1.4 电压比较器电路设计
4.1.5 相位比较电路设计
4.1.6 无线通讯模块设计
4.1.7 ESP8266模块工作方式
4.1.8 STM32简介以及外围电路
4.1.9 系统电源电路设计
4.2 系统软件设计
4.2.1 风速风向计算
4.2.2 ESP8266数据传输
4.3 本章小结
第5章 阴影效应补偿算法的研究
5.1 BP神经网络
5.2 人工鱼群算法
5.2.1 人工鱼群算法的主要行为
5.2.2 人工鱼群算法的主要行为及程序流程
5.3 本章小结
第6章 实验结果分析
6.1 测量数据对比
6.2 实验环境搭建
6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电气自动化技术在火力发电中的创新应用[J]. 陆华利. 科技风. 2019(34)
[2]智能仪器仪表技术的运用及发展[J]. 黄领. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]基于改进人工鱼群算法优化的 BP神经网络预测控制系统[J]. 黄丽华,李俊丽. 化工自动化及仪表. 2019(08)
[4]海上全直流型风电场的电压源型控制[J]. 杨仁炘,施刚,蔡旭. 电工技术学报. 2018(S2)
[5]基于超声波传感器的风速风向测量研究[J]. 刘华欣. 仪表技术与传感器. 2018(12)
[6]基于微机电系统的高深宽比气相微色谱柱[J]. 罗凡,冯飞,赵斌,田博文,杨雪蕾,周海梅,李昕欣. 色谱. 2018(09)
[7]基于CFD和BP神经网络的超声测风仪阴影效应补偿研究[J]. 张加宏,孙林峰,李敏,冒晓莉,葛益娴. 传感技术学报. 2018(08)
[8]基于皮托管原理的风速传感器[J]. 周海坤. 煤矿安全. 2018(08)
[9]BP神经网络基本原理[J]. 袁冰清,程功,郑柳刚. 数字通信世界. 2018(08)
[10]电磁式涡街流量计测量含气导电液体流量研究[J]. 汪春畅,徐科军,许伟,吴建平,梁利平,熊伟,闫小雪. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
本文编号：3058119
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