基于FPGA的超声波测风系统的设计
发布时间：2021-03-14 22:35
随着科学技术的发展,风速风向测量在许多领域发挥着愈来愈重要的作用。在此背景下,风矢量测量仪器发展迅速,测量手段与方法日益丰富,这其中包括近年来快速发展的超声波测风法。超声波风速风向仪与传统机械式风速仪相比,无转动部件,机器损耗小,且无需起动风速。超声波在空气中传播固定距离时,顺风逆风传播存在一个时间差,这个时间差与待测风速具有线性关系。因此这个时间差就成为了风速测量系统的关键因素,如何提高这个时间差的测量精度便成为了本论文的设计要点。本文从两个方面对时间差的测量进行的研究并且做了如下工作：1、在分析时间差计算方面,因为信号的时间延迟是传感器检测的重要参数。为了提高时延估计的精度,本文提出了一种基于双谱的插值算法。该算法首先计算在这两个信号的双谱基础上的特征频谱函数,然后对该特征谱函数进行频域插值。通过傅立叶逆变换和极大值求法,根据相应公式计算得到这两个信号的延迟时间。仿真试验结果表明,与双谱为基础的时延估计方法相比,双谱插值为基础的时延估计方法在估计精度和时间分辨率方面有了很大的改善。该算法具有精度高,误差小,强抑制相关高斯噪声能力强等优点。2、在时差法风速测量系统的基础上,采用时序能...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.3 风速测量仪的发展趋势和研究的必要性
1.4 风速风向仪设计方法
1.5 本文研究主要内容
第二章 超声波风速测量系统理论基础
2.1 超声波简介
2.2 超声波的应用
2.3 超声波风速仪测量原理
2.4 本章总结
第三章 时延估计算法的研究
3.1 时延估计算法的发展
3.2 数学描述
3.2.1 双谱知识介绍
3.2.2 插值理论介绍
3.3 仿真结果
3.4 本章总结
第四章 系统硬件设计
4.1 超声波风速测量系统
4.2 工作流程
4.3 超声波换能器的结构及原理
4.4 超声波收发电路
4.4.1 超声波换能器发射驱动电路
4.4.2 超声波信号采集电路
4.4.3 通道切换电路
4.5 数据采集电路
4.6 程序下载电路JTAG
4.7 UART电路
4.8 系统时钟
4.9 本章总结
第五章 系统软件设计
5.1 软件设计框架
5.2 FPGA的设计方法与设计流程
5.3 基于QUARTUS的软件系统设计
5.4 本章总结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
附页
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的超声波法风速风向测量系统[J]. 康基伟,楚亚博,冯海波. 仪表技术与传感器. 2012(12)
[2]双谱时延估计在被动测距中的应用[J]. 彭阐,姜可宇. 船电技术. 2012(06)
[3]超声回波信号包络相关时延估计优化算法[J]. 王宏江,郭会军,李军怀. 计算机工程与应用. 2012(20)
[4]移动式超声波风速风向测量系统[J]. 张自嘉,葛志鑫. 仪表技术与传感器. 2011(10)
[5]低能耗超声波传感器驱动电路设计[J]. 孙昊,易卫东. 计算机研究与发展. 2011(S2)
[6]基于拉压力检测的新型风速风向仪[J]. 许云轻,黄文新,卜飞飞,施凯,胡育文. 仪表技术与传感器. 2011(03)
[7]基于广义互相关理论的风速测量算法研究[J]. 张皓,刘纪元,焦学峰,王婧. 电子设计工程. 2011(03)
[8]超声波测风系统中自适应时延估计算法的研究[J]. 蒋立辉,许跃,刘向明. 传感器与微系统. 2011(01)
[9]基于互双谱时延估计的供水管道检漏系统研究[J]. 李小朋,辛云宏. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(05)
[10]时延估计技术研究[J]. 李雪梅,陶然,王越. 雷达科学与技术. 2010(04)
硕士论文
[1]基于三维实时数据的风速短期预测研究[D]. 李翠.哈尔滨理工大学 2012
[2]基于无线网络的风速风向测量系统设计研究[D]. 陈康奇.南京信息工程大学 2011
[3]基于DSP的超声波风速风标测量系统研究[D]. 罗中兴.内蒙古科技大学 2009
[4]基于ARM的超声波风速测量系统设计[D]. 金晶.南京信息工程大学 2008
[5]基于CAN总线的超声波风速测量系统[D]. 刘增文.哈尔滨工程大学 2008
[6]超声波气体流量计[D]. 陈学永.天津大学 2004
本文编号：3083073
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.3 风速测量仪的发展趋势和研究的必要性
1.4 风速风向仪设计方法
1.5 本文研究主要内容
第二章 超声波风速测量系统理论基础
2.1 超声波简介
2.2 超声波的应用
2.3 超声波风速仪测量原理
2.4 本章总结
第三章 时延估计算法的研究
3.1 时延估计算法的发展
3.2 数学描述
3.2.1 双谱知识介绍
3.2.2 插值理论介绍
3.3 仿真结果
3.4 本章总结
第四章 系统硬件设计
4.1 超声波风速测量系统
4.2 工作流程
4.3 超声波换能器的结构及原理
4.4 超声波收发电路
4.4.1 超声波换能器发射驱动电路
4.4.2 超声波信号采集电路
4.4.3 通道切换电路
4.5 数据采集电路
4.6 程序下载电路JTAG
4.7 UART电路
4.8 系统时钟
4.9 本章总结
第五章 系统软件设计
5.1 软件设计框架
5.2 FPGA的设计方法与设计流程
5.3 基于QUARTUS的软件系统设计
5.4 本章总结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
附页
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的超声波法风速风向测量系统[J]. 康基伟,楚亚博,冯海波. 仪表技术与传感器. 2012(12)
[2]双谱时延估计在被动测距中的应用[J]. 彭阐,姜可宇. 船电技术. 2012(06)
[3]超声回波信号包络相关时延估计优化算法[J]. 王宏江,郭会军,李军怀. 计算机工程与应用. 2012(20)
[4]移动式超声波风速风向测量系统[J]. 张自嘉,葛志鑫. 仪表技术与传感器. 2011(10)
[5]低能耗超声波传感器驱动电路设计[J]. 孙昊,易卫东. 计算机研究与发展. 2011(S2)
[6]基于拉压力检测的新型风速风向仪[J]. 许云轻,黄文新,卜飞飞,施凯,胡育文. 仪表技术与传感器. 2011(03)
[7]基于广义互相关理论的风速测量算法研究[J]. 张皓,刘纪元,焦学峰,王婧. 电子设计工程. 2011(03)
[8]超声波测风系统中自适应时延估计算法的研究[J]. 蒋立辉,许跃,刘向明. 传感器与微系统. 2011(01)
[9]基于互双谱时延估计的供水管道检漏系统研究[J]. 李小朋,辛云宏. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(05)
[10]时延估计技术研究[J]. 李雪梅,陶然,王越. 雷达科学与技术. 2010(04)
硕士论文
[1]基于三维实时数据的风速短期预测研究[D]. 李翠.哈尔滨理工大学 2012
[2]基于无线网络的风速风向测量系统设计研究[D]. 陈康奇.南京信息工程大学 2011
[3]基于DSP的超声波风速风标测量系统研究[D]. 罗中兴.内蒙古科技大学 2009
[4]基于ARM的超声波风速测量系统设计[D]. 金晶.南京信息工程大学 2008
[5]基于CAN总线的超声波风速测量系统[D]. 刘增文.哈尔滨工程大学 2008
[6]超声波气体流量计[D]. 陈学永.天津大学 2004
本文编号：3083073
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3083073.html
