基于ARM的超声波风速测量系统

介绍了超声波时差法风速测量的基本原理,以及基于ARM微控制器的风速测量系统的实现方法.给出了以LPC2131芯片为核心的硬件设计的总体框图.详细地阐述了放大滤波电路、外围接口电路的设计,以及超声波风速测量系统的软件设计.系统具有结构简单、精度高、功耗低和扩展方便等特点.     

基于TDC-GP21高精度三维测风系统设计

针对快速准确测量风速和风向的问题,采用TDC-GP21高精度时间测量芯片和MSP430F413单片机控制芯片,设计了三维超声波测风系统。利用三对超声波换能器构成三维阵列,采用时差法测量风速和风向。该文介绍了三维超声波测风系统总体结构,超声波驱动电路和超声波接收电路以及风速和风向测量的软件流程。     

基于超声波传感器的风速风向测量研究

针对传统风速仪测量过程中存在精度差、稳定性低等一些问题,设计了一种基于超声波传感器的风向风速测量系统。硬件部分主要设计了超声波发射的DDS驱动电路、信号接收调理放大电路、滤波电路以及ARM控制电路等。系统采用CPLD和AD9754产生高精度的驱动信号,同时采用32位的ARM STM32实现对数据的处理以及外围通信的功能。实验结果表明,该系统在数据处理方面速度快,具有较高的稳定性和精确度,可以满足工程应用要求。     

基于ARM的超声波液位计的设计

液位测量广泛应用于石油、化工、污水处理等领域,针对传统液位计测量时存在的弊端,设计了一种基于ARM的超声波液位测量系统。该系统以ARM为开发平台,硬件部分设计了超声波驱动电路、回波信号处理电路、滤波电路、A/D转换电路以及RS232通信电路。硬件设计时采用复位电路来保证系统的正常运行。软件设计时采用声速补偿、滤波等方法减少误差,提高系统稳定性。实验表明,该超声波液位计使用方便、精度高,可满足工业生产中对液位测量的要求,具有一定的工程价值。     

时差法在超声波气体流量计中的应用研究

为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件.以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,并用集成红外遥控接收芯片CX20106A和单稳态触发器4013构成了信号调理电路,实现了对固定波形的稳定检测.利用高精度的时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时芯片,实现了极低风速的测量.实验测试表明:设计的硬件电路具有良好的性能,测量风速分辨力可以达到0.1 m/s,提高了气体流量的测量精度.     

单波束声学多普勒流速仪设计

随着现代科技的发展,声学多普勒原理在高科技电子测量设备中得到广泛应用。利用声学多普勒原理进行测速具有测量范围大、测量数据准确、对流场影响小和可用于极低流速测量等特点。在单探头声学多普勒流速仪中,设计一套完整的以STM32F407为核心处理芯片,以及超声波发射电路和小信号超声波接收电路。但是水声环境相当复杂,在高干扰情况下测量结果和真实值存在较大误差。利用卡尔曼滤波技术对流速仪测量的数据进行实时的滤波处理,并且添加自相关算法提高实验数据精确度,进一步优化实验结果。在自然环境下的小河中实验,滤波效果令人满意。     

超声风速仪的电路研究与开发

风对飞机的起落和船的航行航线影响很大。超声波测风技术是基于向量分析法。文章对超声波风速测量的基本原理和实现方法进行了详细阐述,通过吸收国内外先进超声测量技术,设计了一种基于传统时差法的超声波测风速风向的电路。采用高性能、具有较小温度-声速系数和声阻抗的超声波换能器,正三角形安装方式。设计合理实用,具有高的精度与稳定性。传感器结构比传统的十字型有突出的优点。     

基于STM32的超声波流量计硬件系统的设计

针对传统流量计在测量流体流速时存在安装繁琐、运输复杂等问题,设计了新型的基于多普勒法的超声波流量计。该系统以STM32为开发平台,主要设计了超声波发射电路、超声波接收电路、功率放大电路、回波信号处理及滤波电路、STM32最小系统及其外围电路等。为方便频移信号处理,提出了把回波信号解调到中频带20 k Hz上,这样提高了系统在低流速测量的精确度。采用FFT算法对系统采集的频移信号进行频谱分析,最终根据计算的频移值来确定流体的流速。实际结果表明,该系统尤其适用于大管径流量测量且测量精确度较高,误差在5%之内,具有安装、运输便捷等一系列优点。     

基于二次相关的超声波风速风向测量方法

为解决超声波测风仪存在的抑制噪声能力不足、受环境温湿度等影响导致稳定性差等问题,提出一种基于二次相关算法的三阵元超声波测风方法。首先结合超声波测风原理设计了一种三阵元测风结构,该结构包含3个收发一体式超声波换能器;其次依据该系统结构给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度,并从理论上说明了所提测风方法不受超声波本身传播速度即环境温湿度对其的影响。最后通过模拟仿真实验和搭建的实际测量系统对所提方法进行了有效性验证。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.0%和2.1°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。     

改进的Kalman滤波算法在飞行器测距中的应用研究

为了解决四旋翼飞行器避障系统中激光和超声波传感器测距数据误差较大的问题,设计了一种改进的Sage_Husa自适应Kalman滤波算法。首先,在算法中引入遗忘因子,修正观测噪声协方差,校正数据结果,并使用Sage_Husa法对传统自适应Kalman滤波算法进行简化;然后,针对不同材质的障碍物墙面进行测距实验;最后,将结果与单一传感器和传统Kalman滤波算法的实验结果进行对比。结果显示,改进的Kalman滤波算法使激光和超声波传感器测量数据的融合结果更加稳定、准确,证明该算法能有效提高传感器的测量精度。     

基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量

针对现有超声波测风系统在实际应用中环境噪声抑制效果差、风速和风向测量精度不高的问题,提出了一种基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。所提方法采用一种由一个超声波发射阵元和五个超声波接收阵元组成的阵列式超声波测风系统结构,并在此系统结构上,采用基于高阶累积量的多重信号分类(MUSIC)算法,抑制高斯白噪声及高斯色噪声的干扰,实现高斯混合噪声下风速风向的有效测量。所提方法与应用相关算法的测风方法相比,具有更高的噪声抑制能力及更高的风速风向测量精度。最后通过仿真实验与实测数据验证实验对所提方法的有效性进行了验证与分析,实验结果表明风速和风向角的测量误差分别为2.3%和-2°,基本达到了超声波测风方法的技术要求。     

风速风向测量误差补偿算法的研究

为了提高风帆助力船舶中风速风向的测量精度,提出一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿算法.首先建立了船舶运动状态下风速风向矢量的空间模型.在应用超声波风速风向测量技术的基础上,通过空间测量的方法确定测量误差与空间倾角的对应关系,并对测量误差进行单向拟合补偿计算和空间拟合补偿计算.最后,经过大量的实验和测量数据的对比,验证了基于空间模型误差补偿算法的有效性和可行性.从而解决了一类风帆助力船舶辅助推进控制系统的风速风向空间测量的误差补偿问题,使得风速风向测量精度满足风帆辅助推进控制系统的要求.     

基于动态波形互相关算法的风速传感器的研究

针对超声波渡越时间检测中采用阈值法易受噪声干扰等问题,采用互相关算法进行回波到达时间检测。在超声波信号处理算法中,选取实时动态参考波形与接收波形进行互相关运算,实现风速测量。相比回波法和静态参考波形法,该方法可以有效克服环境因素变化引起超声波包络形状改变导致的相关性下降。在自主设计的超声波风速传感器上进行温度试验和音速喷嘴气体流量标准装置标定,试验结果表明该方法具有良好的测量准确性与环境适应能力。     

超声波多普勒流量计的设计

针对传统的超声波多普勒流量计存在的精度低、稳定度差、动态响应慢的问题,研制了一种新型的超声波多普勒流量计。硬件部分主要设计了超声波换能器的发射与接收电路、功率放大与滤波电路、混频电路以及STM32F4及其外围器件。采用STM32F4作为超声波多普勒流量计的主控芯片,STM32F4采用Cortex-M4内核,其内置硬件FPU单元,在数字信号处理方面还增加了DSP指令集,使得它在数字信号处理方面的能力得到大大的提升。在硬件电路中选用高精度的DDS芯片产生基准信号来驱动超声波换能器。在频移信号处理方面,采用中频解调技术将频移信号解调到10 k Hz,提高了系统测量的稳定度以及对流速变化的响应速度。运用快速傅里叶变换算法(FFT)对STM32F4采集到的频移信号进行频谱分析,有效地提高了超声波流量测量系统的精度,并以matlab为分析工具对采集到的多普勒频移信号进行频谱分析,从而得到其频率的变化。     

基于DSP的磁致伸缩液位传感器

针对影响磁致伸缩液位传感器测量精度的原因,介绍了一种基于DSP的磁致伸缩液位传感器的设计方法,并从硬件和软件方面进行了论述。硬件方面,采用DSP TMS320F2812为微处理器,包括激励脉冲电路、放大电路、液晶显示电路和串口通信电路等;软件方面,结合FIR滤波算法,提出一种新的磁致伸缩传感器检测液位方法——全波采样法。该算法通过提供特征点,有效避免了传统硬件滤波电路和检测电路带来的测量误差。液位测量实验证明,系统方案设计合理,测量数据精度较高,很好地满足了实际测量要求。     

基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统.系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测试单元,实现超声波飞行时间的计量,LoRa无线模块为数据传输单元,实现风速风向数据上传至...     

基于超声波的风速风向测量仪设计

针对机械式风速风向计测量精度低、使用寿命短以及维护成本高等问题,设计了一种基于超声波测速原理的风速风向测量仪。超声测风是超声波检测技术在气体介质中的一种应用,利用超声波在空气中传播速度受空气流动的影响来测量风速。相比于传统机械式风速风向计,超声波风速风向计具有测量精准、使用寿命长以及维护成本低等优点。针对使用条件为室外或海洋等极端情况,设计了无线数据传输、本地数据保存以及太阳能充电等功能,极大地减少了测量人员的工作量,节省了测量时间。     

两步快速可重构无迹卡尔曼滤波算法测量导弹滚转角

快速准确地测量旋转导弹的滚转角是非常重要的,利用地磁场测量滚转角是常用的一种方法。由于磁场测量手段中不可避免的误差,使得滚转角不能及时准确的被测量。提出了两步快速可重构无迹卡尔曼滤波(ARUKF)算法,可以快速的校准磁强计及测量电路,从而准确的估计导弹的滚转角。与现有算法不同,ARUKF的状态向量根据滚转角参数与测量电路的校正参数而提出,并且在不同阶段可以配置不同的被估计参数,这样可以较大程度上节约弹载计算机资源。为了滤波算法快而准确的收敛,该算法在滤波初始阶段,根据量测信息与测量电路特征参数进行滤波初值的两步快速调整。通过仿真与半实物仿真结果表明,两步ARUKF算法在收敛特性和计算成本方面优于现有的UKF算法。     

基于matlab仿真模块的自适应有源噪声逆控制研究

运用matlab仿真模块对自适应有源逆控制中的两种算法:滤波-ULMS算法和改进的滤波-ULMS算法进行了仿真研究.并对两种算法的消声效果进行了比较,验证了改进的滤波-ULMS算法有着更为优越的动态性能.     

微功耗水流量滤波算法研究

为解决超声波水流量信号的波动较大以及超声水表功耗较大的问题,提出基于微功耗的水流量滤波算法,包括信号滤波处理、校正、积算等算法。为了验证该算法的可行性,对超声水表的原始采样数据进行处理,通过处理前后的数据对比可看出,该算法在滤除随机噪音,提高小流量信噪比方面具有明显效果。该算法不仅有效解决超声波水表流量测量精度,还可以应用于其他多种模拟信号的处理,比如温度信号、压力信号等。