基于BP网络的高精度超声波液位计研究

论文摘要

液位仪广泛应用于石油、化工领域。实现无接触测量、智能化管理是现代工业、商业的发展方向。利用超声波检测液位、料位、厚度和探测水下地形是一种准确、经济方法。针对公路站储油罐中沥青油的液位测量问题,深入讨论了用超声波作为信号源进行液位测量的可行性及优越性,讨论了产生误差的各种原因,提出了相应的解决办法。超声波油量测量仪以单片机AT89S52最小系统为核心,以超声波测距原理为理论依据,利用超声波作为控制信号对沥青油的液面高度进行自动检测和数据处理,减少了测量过程中的人工干预,提供了一个带有显示、键盘的人机对话界面,方便了操作人员对油量的实时监控,通过微型打印机或与PC机进行通信等方式打印、保存有关数据,能够更好地对油量的存储情况进行管理。针对超声波的速度对回波影响很大,而用档板又增加了施工的难度与成本的基础上,在硬件上附加温度、湿度测量模块,同时考虑温度、湿度对声速的影响,用BP神经网络算法,进行声速的随时随地标定,节约成本,与在罐中安装参考挡板进行声速校正相比,更便于维护和安装。利用BP算法、计算机技术和超声波测距原理研制出来的超声波油量测量仪,与以往的液位测量方法相比,具有成本低,精度高,安装简单的特点,且成本低廉,具有与同类进口产品竞争的能力,值得推广。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 液位测量的意义
• 1.2 液位计的分类
• 1.3 国内外液位仪表概况
• 1.3.1 国外液位仪表的发展趋势和动态
• 1.3.2 国内液位仪表的发展趋势和动态
• 1.4 超声波液位计
• 1.4.1 超声波液位计的国内外发展状况
• 1.4.2 超声波液位计的优缺点
• 1.4.3 超声波测量方法
• 1.4.4 本文主要研究内容
• 第二章 脉冲回波式超声波液位计的工作原理
• 2.1 概述
• 2.2 超声波换能器
• 2.2.1 石英晶体作压电材料的超声波换能器
• 2.2.2 时差法超声波液位计的基本原理
• 2.2.3 影响时差法超声波液位计精度的原因及解决方案
• 第三章 超声波油量测量仪的系统硬件设计
• 3.1 总体设计思想
• 3.2 工作过程
• 3.3 AT89S52单片机最小系统
• 3.4 超声波发射电路设计
• 3.5 超声波接收电路设计
• 3.5.1 超声波接收电路概述
• 3.5.2 超声波接收电路功能与组成
• 3.6 温度与湿度检测电路
• 3.7 报警声音响与指示电路
• 3.8 显示与键盘电路
• 3.9 PC机和单片机之间的通信
• 3.10 电源部分
• 3.10.1 双电源切换
• 3.10.2 蓄电池充电电路
• 第四章 BP神经网络的基本原理及其在液位仪上的运用
• 4.1 BP神经元
• 4.2 BP网络
• 4.2.1 正向传播
• 4.2.2 反向传播
• 4.2.3 BP算法的改进
• 4.3 BP神经网络的训练策略及结果
• 4.4 BP网络的训练
• 4.4.1 确定BP网络的结构
• 4.4.2 误差的选取
• 4.4.3 训练结果
• 4.5 最终训练后的神经网络结构
• 4.5.1 BP网络模型编程及训练
• 4.5.2 BP网络模型在液位测距仪上的实现及结果
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 单片机的中断功能及应用
• 5.2 单片机的节电模式
• 5.3 软件总体设计
• 5.4 样本测试程序设计
• 5.5 液位测量模块
• 5.6 通信模块
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献