基于NB-IoT的超声波水表的设计与实现

为了克服传统机械水表易损坏、抄表难、不易管理等缺点,设计了一款基于NBIoT技术的超声波水表。单片机选择功耗低、运算精度高和低成本的STM32L152。采用NBIoT通信技术实现了无线抄表功能,水表中安装的BC95-B8模块,可以将数据信息通过运营商基站传给云平台。超声波水表水流量的测量方法选择时差法,用TDC-GP22高精度时间测量芯片测量超声波在顺、逆流水中的时间差,对测量结果进行温度补偿。通过测试,基于NB-IoT的超声波水表可正常工作,各个功能模块的测量误差均在国家要求的范围内。     

超声波测距仪的设计与制作

描述超声波测距仪的设计和制作,主要是针对超声波具有的反射性,从而运用时差法来设计制作;同时应用其传播特性S=VT,实测距离D=S/2.     

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.     

一种四旋翼飞行器超声波避障系统

为提高四旋翼飞行器的安全性,开发了一种基于STM32微控制器和超声波模块的避障系统。在分析超声波数据特点的基础上,对其进行了滤波处理,并根据处理后的数据控制飞行器避障,最后进行了飞行测试。测试结果表明,滤波处理后的超声波数据满足避障控制对实时性、稳定性的要求,同时该避障系统能保证飞行器的安全。     

上游弯管对超声波流量计精度影响及整流设计

针对上游弯管流场变化对超声波流量计测量精度的影响,利用CFD对测量管道内部流场进行数值仿真模拟,并设计整流器改善由弯管导致的明显的二次流和涡流等情况,以减小超声波流量计测量误差。研究对象为基于时差法的DN15超声波液体流量计,流量范围在0.1～1.5 m~3/h内,上游弯管与流量计之间测试直管段距离为2～20D。对比超声波流量计加装整流器前后测量误差,通过实验结果验证,未整流时流量计随着直管段越短测量误差越大,安装的整流器可以改善管道内流场的速度分布,将直管段长度缩短为10D,提升超声波流量计测量误差满足在±1.5%以内,验证了数值模拟的正确性,对工程实际应用具有一定指导意义。     

基于自适应滤波算法的超声波气体流量计

针对超声波气体流量计在使用过程中普遍存在的测量精度不高、稳定性差等问题,提出并实现了基于时差法和新型自适应滤波算法的超声波气体流量计。该流量计硬件部分由STM32F103主控芯片、高精度计时芯片TDC-GP22等组成,保证了系统的计量精度;软件部分采用了一种改进型卡尔曼滤波算法,在保证滤波效果的同时有效提高响应速率,并且将其与算术平均滤波相结合,根据流体渡越时间差的变化率提出了新型自适应数据滤波算法。通过实验对比发现,该新型滤波算法有效降低了系统的测量误差,在0.25～40 m³/h流量范围内,系统的最大测量误差为1.08%,满足1.5级精度标准,同时使得系统零漂减小为原来的一半,大大提高了系统的稳定性,满足了实际工程应用的需要。     

基于声速追踪的超声波液体流量计量方法

针对环境因素、介质更换等造成液体介质声速变化引起的流量计量偏差,提出一种基于声速自适应的超声液体流量计算方法。在阈值法和求和互相关等方法的基础上,获取声波传播时间信息对流量进行修正。并通过实验,验证了该方法能够有效抑制声速变化对基于超声波方法计量液体流量的影响,提高了液体超声流量传感器流量计量的稳定性和可靠性。     

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...     

一种低功耗自诊断双阈值超声波传播时间检测法

针对低功耗阈值检测法时差法超声波流量计出现的跳波问题,提出了一种低功耗自诊断双阈值超声波传播时间检测法.采用低功耗RS触发器、单稳态触发器、延时芯片和逻辑芯片把双阈值产生的脉冲信号转化成计时脉冲和诊断窗口,用于诊断跳波和筛选计时数据.实验结果表明,该方法能有效解决跳波,提高测量可靠性.     

TDC-GP1在超声波流量计中的应用

为了解决传统流量计精度低和功率损耗大的问题,根据时差法的测量原理,采用高精度时间间隔测量芯片TD-GP1作为计量的核心,在计量过程中考虑非线性校正和温度补偿问题,研制了一种新型的超声波流量计.实验数据表明该流量计获得了良好的测量结果,测量误差小于±1.5%,平均功耗小于0.45 mw,具有功耗低、精度高的特点.     

二维ARMA模型及其在钢板形貌功率谱估计中的应用

二维ＡＲＭＡ模型的参数估计中,由于其对应的二维修正Ｙｕｌｅ－Ｗａｌｋｅｒ方程不具备唯一性和可辩识性,使得二维ＡＲＭＡ模型的定阶计算参数估计一直是一个非常困难的问题。本文正是针对该点,提出了一种二维ＡＲＭＡ模型的初步定阶方法,同时对ＡＲ参数的自相关函数估计方法进行了改进,在此基础上得到了功率谱估计算法。该算法在文中的应用实例中表现出了非常高的分辨率,另外在钢板表面形貌的功率谱估计中也得到了非常好的效果。