面向明渠灌溉的雷达液位计系统研究

发布时间：2020-10-10 13:55

　　 灌溉水资源的严重浪费是当前我国农业用水面临的重要问题,要解决这一问题就要以“节水优先”为工作方针,通过改进现有的农业灌溉方式,科学的利用水资源,提升水资源宏观与微观的调配能力。远程自动控制计量分水闸门项目是将节水优先、科学用水的理念与农业灌溉实际相结合,构建了合理、高效、自动的灌溉水调配系统,该系统可根据下游灌溉用水量的实时需求调控支线灌渠的流量。目前远程计量闸门系统需要测量灌区内主干渠道的水位,实时监测主干灌渠的水文状况,使用非接触式的雷达液位计是解决这一问题的有效方式。本文主要完成了以下几方面的内容:(1)分析了FMCW雷达的工作原理,并且选用了三角波作为雷达输入的调制信号。(2)设计了雷达液位计总体方案其中包括:雷达传感器模块、STM32F4系列主控模块、调制波发生模块、信号处理模块、通信模块和软件系统等。(3)完成了硬件电路的设计,主要包括:调制波形电路、差频放大电路、高通滤波电路、反比例放大电路、低通滤波电路、电压偏置电路、STM32最小系统电路、RS485通信电路和各个供电电源电路等。(4)完成了软件系统的设计,主要包括:软件系统总体方案设计、数字波形发生程序、ADC采样程序、数据处理程序和通信程序等,同时完成了各个模块的实验测试。(5)完成了雷达液位计的整体性能测试,在室内和模拟灌渠分别进行了测试。通过在室内和模拟灌渠的现场实验与调试,对2m到15m的范围内的实验数据进行了对比与分析之后得出结论:该雷达液位计能满足远程计量闸门系统针对灌区内主干明渠渠道水位测量的要求,达到了预期的设计目标。
【学位单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S277.9
【部分图文】：

约２５％严重缺水［３］。??２０１７年，全国用水总量６０４３．４亿立方米。其中，工业用水１２７７．０亿立方米，??占用水总量的２１．１％；农业用水３７６６．４亿立方米，占用水总量的６２．３％，与２０１６年相比，用水总量增加３．２亿立方米，但是农业用水量减少１．６亿立方米，工用水量减少３１．０亿立方米Ｗ。其中，农业用水的损耗最为严重，灌溉水利用系低，农业用水的有效利用系数仅为０．５１Ｗ，而全球其他发达国家有效利用系数０．７到０．８，两者有着较大差距，并且全国水道水损失占灌溉水损失总量的８０以上［５】。??我国目前尚未实现科学合理的使用灌溉水，农业用水的极大浪费仍是我们临的严峻挑战，它己成为制约干旱地区农民扶贫工作的主要原因之一。因此，力发展智能灌溉是改善我国水资源短缺，推动水资源可持续利用和农业可持续展的有效措施［６］。目前中国工业、农业用水存在严重的浪费现象，同时工业、业和生活用水又面临着严重不足的问题，用水量最大的是农业用水，水资源的全问题与用水浪费和水资源短缺有着密不可分的关系。解决水资源不足的问题能只依靠扩充新的水源这一方面，在开源的同时还需要节流。目前我国可用作水源开发的地区非常稀少，而且开发成本较高。???

拉、博世集团、ＶＥＧＡ、西门子、科隆、大陆集团、瑞典奥托立夫公司等外国大??公司手中，尤其是未来将成为主流的７７?ＧＨｚ毫米波雷达，它的核心专利被多家??外国公司所把持［２３］。例如图１－２科隆公司生产的ＶＥＧＡＰＵＬＳ?６４型雷达液位计，??它是一种非接触式雷达物位计，用于连续测量液体液位的雷达传感器，量程为０??４??

较大的量程和较高的测量精度；混频之后的差频信号在低频范围进行分析，使信??号处理过程简化；由于没有脉冲辐射而具有电压在高峰值时的功率的安全性。其??基本流程如图２－１所示。??Ｖ＋ＣＯＭ?制电１＿￡?｜＼．??、＇、??—?？?ＶＣＯ??？二＞?，?、、、、??功率放大器??微处理器?又??丨?ｆ＼ｒ??信号处理电路?＂?低噪音放大??混频器??图２－１雷达测距基本流程??２．Ｕ调频连续波雷达原理??调频连续波雷达的特点是：通过将接收的雷达信号的频率与参考信号的频率??（通常直接是雷达的发射信号）进行比较来完成距离的测量；发射雷达波的持续??时间要大于安装的距离测量范围所需的接收时间；到反射物体的距离／？可以通过??以下关系确定［４６］：??ｃ〇｜Ａ￡｜＝?ｃ０｜／〇｜?）??２?２（ｄ／／ｄｔ）??式中为光速（３１０８ｍ／ｓ），Ａｔ为时间延迟，几为测量的差频频率，ｄ／／ｄｔ为??单位时间的频移。??雷达发射等幅值高频率连续的电磁波，同时雷达波的频率在时间范围上呈锯??齿、三角或正弦变化
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本文编号：2835290