排水管道故障检测系统设计

论文摘要

在我们国家,地下排水管道堵塞或者破裂造成的污染,直接或间接造成的经济损失是相当严重的,所以研究和设计一个排水管道自动检测系统很有必要。利用超声波测量距离是一种有效的非接触式测距方法,可广泛应用于各种需要测量距离或物位参数的场合。近年来,科学技术的不断发展对距离测量的精度、广度和抗干扰性提出了越来越高的要求,超声波测距技术本身也在不断的完善和发展,测距仪更趋向小型化和智能化,逐步实现了高精确度、高可靠性、安全性和多功能化。论文介绍了超声波的物理特性,超声波测距原理以及回波法用于超声波测距的可行性分析,设计了由单片机AT89S52为核心的硬件电路,并分别介绍了各功能模块的硬件、软件实现过程。直接驱动型的超声发射系统由全半导体器件构成,由于传感器的等效电阻较高,需要采用高压输出,所以采用多级放大结构,完成对电压电流的放大功能。首先,超声信号发射设备的设计主要围绕水声传感器的特性来设计,通过对超声传感器在机械谐振频率附近的特性的分析,可以了解传感器的各种重要参数,特别是阻抗参数是设计发射设备的前提。其次,发射装置选用了高耐压的晶体三极管完成对电压和电流的放大。同时,由于采用多级放大,导致电路稳定性下降,必须采用多种补偿措施来提高稳定性。最后,在功率放大级,为了使发射系统更加安全稳定,采用了多种保护措施。通过实验表明,直接驱动超声信号发射系统,能够将低电压电信号以较小的失真放大为高电压信号来直接驱动超声传感器。超声波信号接收模块能够将微弱回波信号放大、滤波,并由单片机计算出距离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国外排水管道检测及清洗仪器设备的现状
• 1.2.2 国内排水管道检测现状
• 1.2.3 成像声纳技术的发展现状
• 1.2.4 超声测距领域的历史与现状
• 1.3 论文主要完成工作
• 第二章 超声波测距的基本理论
• 2.1 超声波
• 2.1.1 超声波的波形及其转换
• 2.1.2 超声的传播
• 2.1.3 超声的传播速度
• 2.1.4 超声产生和接收方法概述
• 2.2 超声波传感器
• 2.2.1 超声波传感器的结构
• 2.2.2 超声波传感器的分类
• 2.2.3 超声波传感器的主要参数
• 2.2.4 超声波传感器的驱动信号对其工作特性的影响
• 2.3 超声测距原理
• 2.3.1 测距原理
• 2.3.2 超声波测距中存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 超声波测距系统设计
• 3.1 超声测距系统总体方案
• 3.2 超声波激励脉冲信号的产生
• 3.2.1 激励脉冲的选择
• 3.2.2 激励脉冲的产生
• 3.3 发射模块硬件设计
• 3.3.1 功率放大电路的类别
• 3.3.2 发射模块中放大电路类别的选择
• 3.3.3 电路原理图的设计
• 3.3.4 电路元器件的选择
• 3.3.5 发射电路稳定性分析
• 3.3.6 超声信号发射装置匹配电路的设计
• 3.3.7 超声信号发射装置的保护电路
• 3.4 接收模块硬件设计
• 3.4.1 前置放大电路
• 3.4.2 滤波电路
• 3.4.3 电压比较电路
• 3.5 单片机控制系统设计
• 3.5.1 超声波激励脉冲的产生程序设计
• 3.5.2 超声波传播时间的计算
• 3.5.3 系统流程
• 3.6 系统的抗干扰设计
• 3.6.1 硬件抗干扰设计
• 3.6.2 软件抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 实验电源
• 4.2 实验结果分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 超声波测距系统电路图
• 在学研究成果
• 致谢