水库用水远程计量方法及系统研究

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1、硕士研究生学位论文水库用水远程计量方法及系统研究学生姓名尹宇鹤学科、专业机械工程研究方向机械电子工程罗学科李文校外导师北方工亞大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：宇嘴曰期：如年月曰学位论文使用授权书学位论文作

2、者完全了解北方工业大学有关保留和使用学位论文的规定，卩：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北方工业大学。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版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。□保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。□非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用

3、本授权书。本人签名：日期：珍北方工业大学硕土学位论文水库用水远程计量方法及系统研宄摘要随着我国水资源的日益匮乏以及对环境污染等问题的日益重视，水资源的精确监控与利用变得越来越重要。国内有很多如引水、调水等水利工程，在这些工程项目中，大部分是将水库的水通过大口径的输水管道运输到使用地，并且管道里的水大部分时间是非满管的流动状态。现阶段很多传统的测量方法在大口径、非满管工况下不能达到用水计量的精度要求。多声路超声波测量较好的解决了大口径测量问题，但是在非满管工况下测量精度较差；非满管电磁流量计配合液位计对

4、非满管的用水计量比较准确，但是随着口径的增加，成本也在快速增加。另外现阶段多数的用水远程管理系统都是采用架构或者架构，但是对于某些小型水库，监测点较少，规模小，需要一种低成本的解决方案。所以综合解决大口径非满管用水计量问题以及设计一个适用于小规模应用的远程计量系统具有重要意义。针对大口径非满管超声波流量计计量中存在的精度差问题，理论算法方面，本文在研宄现有算法的基础上，提出了一种速度高度神经网络算法。速度指的是通过多声路超声波流量计将管道划分为对应的几个声路，测量每一个声路的流速；高度指的是通过液位计

5、测得的非满管流态下的液位高度；神经网络算法指的是建立了一个三层的神经网络，利用测得的流速、高度信息，计算出当前的流量。同时还通过高斯雅各比数值算法确定了声路的数目及相对声路尚度。针对小规模、低成本用水计量系统的实际需求，设计了一套基于嵌入式架构的远程用水计量系统。该系统采用星型网络结构，由一个中心节点与多个数据采集节点组成。中心节点与数据采集节点之间通过网络进行通信。数据采集节点使用系列嵌入式处理器作为主控芯片进行多声道数据的采集和处理，并通过网络将数据发送给中心节点。中心节点使用处理器作为主控芯片，

6、搭载操作系统，集成嵌入式服务器，小型数据库，系统通过以太网模块接收采集节点传输来的数据，利用服务器进行网站发布，通过该方法实现了用户通过浏览器进行远程访问的目的。经实验验证，该算法提高了大口径非满管工况下用水测量精度；设计的嵌入式远程计量系统运行可靠，较好的满足了实际需求，并且该系统具有成本低，可扩展性强，监控方便等优点，对设计小型用水计量系统有一定的借鉴价值。关键词：大口径；非满管；神经网络；嵌入式服务器北方丁业大学硕上学位论文；北方丁业大学硕上学位论文，北方工业大学硕上学位论文目录水库用水远程计量

7、方法及系统研宄录研究背景和意义国内外用水计量方法超声波流量测量方法大口径非满管流量测量国内外用水管理系统本文研究内容大口径非满管用水计量算法声道布置方案选择单声道布置方式多声道布置方式大口径非满管超声计量算法多声道超声时差测量法高斯雅可比数值算法确定声道数及声道高度神经网络算法计算流量本章小结嵌入式架构总体方案设计嵌入式架构总体设计中心节点总体设计数据釆集节点总体设计本章小结嵌入式架构系统硬件设计采集节点电路设计采集节点系统方案采集电路最小系统设计数据采集模块电路设计模块电路设计北方丁业大学硕上学位论

8、文串口电路设计采集节点设计中心节点电路设计主控选型设计中心节点系统方案其他电路设计本章小结嵌入式架构系统软件设计软件整体框架设计釆集节点程序设计多声道数据采集程序设计多声道数据处理算法实现程序设计中心节点软件设计操作系统移植嵌入式架构系统搭建嵌入式界面本章小结速度高度神经网络算法验证及系统测试系统平台搭建及通讯实验数据采集终端调试平台数据中心服务器平台系统测试及验证获取数据仿真本章小结附录申请学位期间的研宄成果及发表的学术论文；北方工业大学硕士学位论文绪