基于emd分解非平稳液位信号处理与检测系统设计

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1、摘要本论文以罐体液位作为研究对象，由于在对罐体中的液位进行增加或者排出的过程中其液位信号是非平稳信号，这时传统的液位检测方法对非平稳液位信号的检测就会不准确。所以本论文重点研究当罐体内的液位信号为非平稳信号时的检测，通过利用目前先进的电子设计技术和数字信号处理算法，研究出一款高精度的、性能稳定的智能检测系统。本论文针对非平稳液位信号具有非线性和非平稳的特性，采用EMD经验模态分解将非平稳的液位信号分解成多个固有模态函数(IMF)从而提取出液位信号的特征和趋势，然后通过固有模态函数(IMF)来确定非平稳液位信号的实际液位值。实验表明，EMD分解法是目前提

2、取信号趋势或均值的有效方法，通过仿真结果表明采用EMD分解得到的实际液位值将比没有经过该分解法的液位值更精确和更稳定。本论文的研究对象为非平稳液位信号，整个系统采用的是基于Niosii软核处理器的SOPC系统，利用Niosii软核处理器的内部可配置的内核和系统提供的丰富的常用标准IP核资源对非平稳液位信号进行检测和处理。系统外围硬件电路包括了：采用超声波液位信号采集电路、按键输入电路、LCD液位数据显示电路、DS1302时钟电路、串口液位数据输出电路和USB液位数据输出电路，系统的处理器采用的是Altera公司的EP2C8Q208C8芯片，其整个SOP

3、C系统的基本配置主要包括了：Niosii软核处理器、SDRAM外部存储器、EPCS串行数据配置模块、系统ID模块和PLL锁相环模块。本论文软件部分的设计主要包括液位信号的采集模块、EMD非平稳液位信号处理模块、按键输入模块、LCD液位数据显示模块、DS1302时钟模块、串口和USB液位数据输出模块的程序设计。实验结果表明，加入了EMD分解的系统检测到的液位信号其精确度和稳定性都要高于未采用该方法的系统。关键字：非平稳信号处理；液位检测；希尔伯特黄变换；EMD分解；SOPCIABSTRACTInthisthesis,tanklevelastheobjec

4、tofstudy,increasedordischargeoftheliquidlevelinthetankliquidlevelsignalisnon-stationarylevelsignalwhentheliquidleveldetectionmethodfornon-steadylevelsignalthedetectionisnotaccurate.Therefore,thispaperfocusesonthebody'slevelsignalwhenthetanklevelsignalinstabilityisanon-stationary

5、levelsignaldetection,throughtheuseofadvancedelectronicdesigntechnologyanddigitalsignalprocessingalgorithms,developedahighprecision,stableperformance,intelligentdetectionsystem.Firstly,EMDempiricalmodedecompositionintheHilbertHuangTransformedisresearchedandsimulation,non-linearan

6、dnon-stationaryarenon-stationarylevelsignalfeatures,EMDempiricaltocountermodedecompositionisusedtobitthenon-smoothliquidlevelsignalintoseveralintrinsicmodefunctions(IMF)inordertoextracttheliquidlevelsignalcharacteristicsandtrends,andthentodeterminetheactuallevelofnon-stationaryl

7、evelsignalvaluethroughtheintrinsicmodefunctions(IMF).TheexperimentsshowthattheEMDmethodisthebestwaytoextractthesignaltrendormeanthroughthesimulationresultsshowthattheactuallevelvalueismoreaccurateandmorestablethanthatofEMDobtainedwithoutthedecompositionlevelvalue.Theobjectofthis

8、researchisnon-steadylevelsignal,theentiresystem