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51008字硕士毕业论文基于单片机和数字信号处理器的漏水检测定位系统的实现

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:51008字
论点:漏水,信号,步长
论文概述:

本文是单片机论文,主要论述了.管道漏水检测的原理,包括管道漏水信号的传播及特性,用于漏水检测的功率谱估计原理和漏水点精确定位的互相关延迟算法。

论文正文:

第一章简介

1.1管道泄漏检测和定位的目的和意义
中国现有淡水约30,000亿立方米,占世界水资源总量的6%,在水资源总量方面位居世界第四,仅次于加拿大、俄罗斯和美国。然而,就人均水资源而言,情况并不乐观。中国人均水资源不超过2400立方米。根据有效数据的统计,人均份额仅为世界人均水资源的2/7。就整个广东省而言,这是一个雨水丰富的地区,但近年来也面临缺水问题。根据有关部门的数据,到2010年,广东省的总缺水量为83亿立方米。广东省珠江水系流经。仅水系统提供的水资源就超过4000亿立方米。它也是我国东南部地区总含水量最高的水系。同时,广东也位于亚热带,降雨量比其他地方多得多,水资源储量居全国首位。但是,总的来说,人均水资源低于国家人均标准,接近国际公认的人均水资源1800立方米的低标准。据不完全统计,[全省至少有1500万人面临不同程度的缺水。

1.2国内外研究现状
在现有的供水管道检漏技术中,[6:直接设备检测和定位法在实践中应用较为广泛;基于非声信号的探测和定位方法,如红外成像方法、探地雷达方法等。在线交通信息管理系统;基于声音信号的检测和定位方法,如听觉技术、噪声检测技术和互相关技术。
(1)所谓的直接检测和定位技术是在管道周围放置湿度或其他气体传感器。这种方法通常用于管道的早期检测和定位。该传感器能够灵敏地检测管道周围的漏水情况,并且该信号在传输到特殊的检测系统后将触发警报。该方法的优点是能准确定位泄漏点,具有较好的灵敏度和缺点。在可能发生泄漏点的管道周围放置大量传感器和其他特殊设备,设备成本和维护成本都很高。因此,这种方法现在普遍不流行。
……

第二章泄漏检测和定位原理

2.1管道泄漏信号的传播特性
事实上,早在21世纪初,学者们就已经报道了管道泄漏信号及其传输特性的研究第五章实验部分..........................................................46

第五章实验区

为了验证整个系统包括软件、硬件和算法的可行性,我们在广州白云机场供水站进行了多次数据采集,并进行了大量的仿真和数据处理实验。当在管道上收集泄漏信号时,主计算机和从计算机应该同步。系统开机后,主、从计算机将首先进入选择界面,这样可以降低从计算机的功耗。这对便携式设备非常重要。该部分主要对采集的信号进行处理,包括算法仿真、滤波曲线、功率谱估计曲线以及利用主从数据进行互相关定位的结果,并对其进行分析。变步长最小均方误差自适应算法仿真:通过MATLAB仿真验证了上述变步长滤波算法的性能。噪声信号通过传感器从相同环境下无漏水的管道中获得。此外,本实验模拟的初始值为:
(1) α和β值为(10,0.2)
(2)自适应FIR滤波器阶数m = 32
(3)初始权重系数w * =零(m,1);阶跃函数的选择和目标函数的选择参考前面的解释。经过多次实验,得出当b=2.0,a=10时,过滤效果理想,如图5-1所示。采集的数据来自压电加速度传感器,经过前置放大电路,滤波电路滤除部分噪声信号,并发送给数字信号处理器芯片。第四章介绍的变步长最小均方误差算法用于信号处理。图5-2和5-3分别是收集的原始信号图和滤波信号图。
……

第六章总结与展望

本文完成的主要工作:
1。简要介绍了管道泄漏检测和定位对经济发展和日常生活的意义,明确了本次设计的目的,然后介绍了系统设计中涉及的技术发展历史。
2。管道泄漏检测原理,包括管道泄漏信号的传播和特征,泄漏检测的功率谱估计原理和泄漏点精确定位的互相关延迟算法。
3。首先,给出了系统的总体结构设计,包括部分功能电路图、主从计算机软件控制设计流程、人机交互界面设计流程。
4。摘要:介绍了一般线性最小均方误差算法在信号处理中的缺陷,简要阐述了利用改进的变步长最小均方误差算法进行信号滤波,然后详细介绍了基于互相关延迟估计的信号处理算法。通过本文的设计开发的检测定位系统基本达到了使用要求,但由于时间有限和自身能力所限,设计方法或多或少存在不足。
可以在以下几个部分做出更好的改进:
1。AT56C55单片机可用作8位或16位。该设计为8位,因为易于实现。但与此同时,设计的效果不够精确。建议在后续开发中结合更高性能的ARM芯片和数字信号处理器芯片,使嵌入式QT版本能够在嵌入式Linux系统上开发出更精彩、更人性化的界面效果。
……。他们的研究内容包括管道泄漏信号的频率和不同部件对应的能量损失程度,以及在不同类型泄漏源、泄漏点的形状和大小、流体速度、管道内压力等条件下,甚至在不同季节传播速度随泄漏频率的变化。这项研究是在反复实验的基础上进行的。为此,他们专门建造了实验所需的各种设施,包括直径为180毫米的150长的聚氯乙烯管(PVC pipe),为了尽可能模拟真实的泄漏场景,管道按照正常的施工程序埋在地下2.2m的软土中。在实验中,通过各种方式模拟了几种可能的泄漏情况,例如管道本身的破裂、界面处的失效等。管道中的泄漏速度和压力可以手动调节。水听器和加速度传感器分别采集泄漏信号,并对两种结果进行比较。

2.2功率谱估计
功率谱密度是功率谱的简称。它代表单位频率信号的功率,用于反映频域信号的各种特性。这是频域中非常重要的概念。常用的功率谱估计方法是直接法,但由于其估计方差相对较大,且方差不会随着数据长度的增加而减小,因此本设计采用改进的平均周期图法进行估计。它采用平均法来减小估计的方差,将泄漏信号的数据分成若干小段,每一段的数据可以重叠。首先,单独计算每段数据的功率谱,然后进行平均,从而可以充分利用信号的信息来减小估计[的方差。因此,根据上述要求,可以用以下步骤完成平均周期图法的计算:(1)估计随机信号的分析频率范围,用模拟低通抗混叠滤波器滤除信号中分析频率范围以外的高频成分。取最高分析频率的3 ~ 4倍,确定随机信号的采样频率sf。为了使获得的频率函数可靠,必须在收集随机信号之前确定采样时间跨度。

第三章漏水检测定位系统总体设计..............................12

3.1硬件电路设计.............................................13

3 . 1 . 1 at89c 55与数字信号处理器接口电路……13

3.1.2单片机控制模块......................................................14

第四章改进的变步长最小均方误差自适应滤波..........................................33

4.1最小均方误差自适应滤波...........................................33

4.2最小均方误差滤波算法的原理.............................................33

4.3改进的变步长最小均方误差算法及分析.........................................37

[9]

参考文献(省略)