基于ARM的水文遥测平台超声波测距报警系统研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:lin_yuqi
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做好水文的测量预防工作,对更好的利用水文水资源为现代化生产服务具有重要的意义。水文遥测平台是目前的水文测量工作中主要使用的水文移动测量设备;在其进行测量工作时,根据实际需要,其距离水面的实时距离需要不间断检测,既要为遥测平台本身的测量工作提供参考数据,也要为遥测平台的安全操作提供保障,因此对可用于水文遥测平台的测距报警系统进行研究是十分必要的。在太原理工大学多年对水文自动化测量设备研究成果的基础上,结合在基层水文站遥测平台实际测量工作中存在的问题,提出了对以嵌入式ARM处理器为控制核心,融合了高精度大范围渡越时间法[TOF]超声波测距技术、无线数据通信技术、液晶显示技术、声光报警技术、按键检测技术等其他技术的水文遥测平台超声波测距报警系统的研究。本文对嵌入式ARM处理器的开发原理和超声波测距理论进行了研究,从硬件电路设计和软件算法设计两方面入手提高超声波测距精度和测距范围。在硬件设计中,根据超声波能量衰减的规律使用时间增益补偿(TGC)电路补偿因测量距离的增大带来的增益损失;在回波信号处理过程中采用峰值时间检测电路以避免回波前沿检测误差;设计使用温度补偿电路,以减少由于环境温度对超声波在空气中传播速度的影响;采用可调的三级分级测距功能,既实现了近距离的高精度测量,也让远距离大量程的测距成为可能。在软件设计中使用延时计时法以避免余波信号的干扰,减小最小测量距离(盲区);使用中值法算法减小因数据抖动引起的误差;使用逐步逼近法设置TGC在不同距离处需要补偿的增益值。系统采用蜂鸣器蜂鸣和高亮LED灯闪烁实现限位声光报警功能,并根据蜂鸣和闪烁频率来表示报警距离的远近;同时设计有按键检测功能来调整报警极限值。使用带有背光和中文字库的LCD12864显示测距信息。由于通讯问题和数据存储问题在现代化仪器仪表设计领域的重要性,采用RS232串口与遥测平台通信,并通过无线数传模块以无线通信方式和上位PC机进行通信。在上位PC机上调用Visual Basic软件的串行通信控件MSComm编写串口通信程序,实现测量数据接收和存储功能。最后对完成的系统进行了实验设计,得出的实验结果验证了系统具有良好的应用性能:精确测量遥测平台距离水面的距离,清晰显示测量结果,达到限位位置准确报警,和上位PC机稳定通信。各项技术指标都达到了研究要求。
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