基于CIS的液位实时测量系统设计

发布时间：2023-04-03 19:37

　　目前很多场合下的液位测量还是采用人工读数方式,这种方式费时费力效率低,存在较大误差,并且不适用于高温、高压等恶劣的应用环境下。随着当前科技水平的发展,对液位的自动化高精度测量要求也越来越高,研究一款智能化液位测量系统具有较好的工程应用价值。本文采用线阵的CIS(接触式图像传感器)来获取透明容器内不同介质的液位特征信息,均匀光线透过透明容器在另一侧用CIS接收液位的图像信息,CIS在凹液面处接收到的透射光光强会有别于液体段和空气段,通过采用一维图像边缘提取算法找出凹液面对应的位置点,实时反映液位的变化。设计和完成了以STM32F407微控制器为核心的硬件电路,包括外围工作电路、CIS信号采集电路、SD卡存储电路、OLED显示电路、按键和RS232通信电路等。此外完成了相应的软件设计,包括CIS驱动信号、一维液位图像的提取算法、液位测量值的实时显示、基于SD卡的Fat Fs文件系统移植、实时时钟和超限报警可设定、RS232方式通信的上位机软件。最后搭建了实验平台,对所研制的系统进行相关实验验证,结果表明系统能实时测量透明、半透明、不透明等三类液体液位变化,能够实现液位的实时高精度测量需求。

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 液位测量技术研究现状
    1.3 研究的主要内容
第二章 测量方案设计
    2.1 设计思想
    2.2 测量装置原理
        2.2.1 CIS传感器简介
        2.2.2 测量原理
        2.2.3 系统可行性分析
    2.3 本章小结
第三章 测量系统硬件电路设计
    3.1 硬件系统总体设计
    3.2 电源电路
    3.3 ARM微控制器基本外围电路
        3.3.1 微控制器介绍
        3.3.2 时钟、系统复位电路
        3.3.3 按键和下载调试接口电路
    3.4 CIS输出信号调理电路
        3.4.1 CIS驱动电路
        3.4.2 滤波电路
        3.4.3 AD转换电路
    3.5 信号数据缓存和SD卡存储电路
        3.5.1 信号数据缓存电路
        3.5.2 SD卡存储电路
    3.6 显示和通信电路
        3.6.1 OLED显示电路
        3.6.2 RS232通信电路
    3.7 PCB布板和焊接调试
    3.8 本章小结
第四章 测量系统软件设计
    4.1 软件系统总体设计
    4.2 初始化模块
        4.2.1 系统时钟初始化
        4.2.2 RTC初始化
        4.2.3 GPIO初始化
        4.2.4 USART初始化
    4.3 CIS信号采集模块
    4.4 OLED显示模块
    4.5 SD卡的驱动和FatFs文件系统移植
        4.5.1 SD卡驱动
        4.5.2 FatFs文件系统移植
    4.6 上位机通信软件模块
        4.6.1 串口通信模块
        4.6.2 图像数据显示模块
    4.7 本章小结
第五章 液位提取和实验
    5.1 数据平滑滤波
    5.2 液位提取算法
        5.2.1 均值法
        5.2.2 直线拟合法
    5.3 功能验证
        5.3.1 按键功能验证
        5.3.2 实时性验证
    5.4 装置标定和实验
        5.4.1 液位提取算法对比
        5.4.2 标定
        5.4.3 实验测量
    5.5 误差来源
    5.6 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3781023