矿用明渠超声波流量传感器的设计与实现

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1、学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子

2、版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日论文题目：矿用明渠超声波流量传感器的设计与实现专业：计算机应用技术硕士生：刘宇（签名）指导老师：秋兴国（签名）摘要近年来，我国煤矿安全事故频发。其中，水害事故造成的损失一直排在各种矿井事故首位。明渠流量监测是矿井水害事故预防的重要措施。目前，我国对于明渠流量

3、的监测，主要采用传统的堰测法和巴歇尔槽法。这些方法会产生淤泥堆积，无法进行长期监测。在矿用明渠流量监测领域，没有成熟的产品。因此，设计高精度、高可靠性的矿用明渠超声波流量传感器，对煤矿安全具有重要意义。针对矿井水质浑浊的特点和传感器的高精度要求，选用时差法进行流量测量。通过发射电路进行功率放大，驱动换能器发射超声波。通过接收电路的滤波、放大、比较，滤除接收信号噪声干扰。采用时间数字转换技术，精确测量超声波传播时间，使传感器具有高精度。通过通讯电路，与上位机进行通讯，上传流量相关数据。通讯电路传输接口采用光电隔离技术，提高通讯的抗干扰能力。传感器选用

4、单片机MSP430F5438作为控制核心，硬件电路采用模块化设计，主要包括超声波发射模块、收发转换模块、时间与温度测量模块、数据存储模块和通讯模块等。在硬件设计的基础上，以IAREmbeddedWorkbench为开发环境，以C语言为开发语言，对软件进行了模块设计，主要有传感器初始化子程序、时间测量子程序、温度测量子程序、存储子程序、通讯子程序等。对传播时间进行多次测量，采用数字滤波技术，使流量数据更加精确。主程序运行时，首先调用初始化子程序，初始化传感器参数；然后在全局计时器的调控下，对子程序执行条件进行循环检测，使系统有序、稳定工作。经测试，矿

5、用明渠超声波流量传感器达到了设计要求的功能指标和技术指标，能够应用于矿井井下环境，很好的弥补了我国在矿井明渠流量监测方面的不足。对于矿井安全监测具有重要意义。关键词：明渠流量；时间测量；MSP430F5438；RS485通讯研究类型：应用研究Subject:DesignandImplementationoftheUltrasonicSensorforOpenChannelFlowofMineSpecialty:ComputerApplicationTechnologyName:LiuYu(Signature)Instructor:QiuXinggu

6、o(Signature)ABSTRACTInrecentyears,thecoalmineaccidentsoccurredfrequentlyinChina.Thedamagecausedbywaterhazardaccidentsisalwaysinthefirstplaceduringthoseaccidences.Openchannelflowmonitoringistheimportantmeasureinaccidentpreventionfromminewaterhazard.Atpresent,themainlymonitoring

7、methodsforopenchannelflowarethetraditionalweirmeasurementmethodandtheParshallslotmethod.Thesemethodswillproducesiltaccumulation,sotheycouldnotbeusedforlong-termmonitoring.Thereisnomatureproductaboutopenchannelflowmonitoringintheminingareas.Therefore,designinghigh-precisionandh

8、igh-reliabilityopenchannelultrasonicflowsensorusedinmineisofs