船舶运动状态下风速风向测量补偿与数字仿真

为了研究船舶运动状态下的风速风向精确测量,设计了一种船舶风速风向动态测量及误差补偿的数字仿真系统。通过对船舶航行状态下的风速风向测量原理进行分析,建立了船舶平面运动的相对风速风向和真风风速风向的解算模型,并根据船舶空间运动的风速风向测量及其误差补偿算法,对船舶横摇、纵摇状态下的风速风向的动态测量和误差补偿进行了数字仿真。数字仿真结果表明,该方法能够消除船舶航行时的运动姿态对风速风向测量带来的影响,为船舶的操纵控制和航行安全提供了精确和可靠的风速风向数据信息。     

在线超声波流量监测系统设计及其应用

为解决地源热泵系统中的进出水流量测量,设计研究基于超声波时差法原理的非接触式在线流量监测装置。系统以STM32F407 ZE为主控制器,定时采集流量、完成数据封包、加密和远端服务器交互任务;以MSP430F2618为流量测量控制器,采用时差法以TDC-GP22精准测量超声波在介质中传播时间,实现管道流体流速、流量实时监测。系统测试结果实现流量数据测量及上传存储到远端服务器,满足地源热泵系统流量监测需求。     

数字式横风传感器设计与实现

基于风洞实验提出了一种自动监测横风风速及风向的设计方案,研制出一种数字式横风传感器;通过建立数学模型,重点分析讨论了气流压差和空气密度对横风风速的影响,依据空气动力学相关理论推导出横风风速计算公式,给出了设计参数并进行了实验验证;简要介绍了传感器硬件电路结构和工作原理,以及下位机软件程序设计;差压传感器通过横风探头感应气流变化采集压差信号,温度传感器监测环境温度,通过查表法得到空气密度,微处理器MSP430结合气流压差和空气密度计算出风速;采用IIR数字滤波算法,有效抑制了压差信号的高频噪声干扰;通过异步通信方式对传感器进行零点标定,消除零点漂移。     

扫描式测风激光雷达的风场反演

为了解决扫描式测风激光雷达斜上方空域三维风场分布探测的难题,提出采用多点规则采集、四波束分组结算、多区域融和的方式进行观测区域的风场反演。以速度可控的硬目标作为研究对象,通过比较合成后的风速大小与控制速度的差异验证了该反演方式的有效性。通过设计精度试验,对实际风场进行测量。对雷达测量结果与三维超声波风速风向仪测量数据进行对比,结果表明：采用该风场反演技术对距离400 m内的风场进行推算,风向精度优于5°,风速精度优于2 m/s,能够准确描绘探测区域的风场信息。     

地下储气井钢管壁厚检测电路设计

项目设计的回旋式自动悬浮超声波探头装置,采用超声波时差法测量地下高压储气井钢管的壁厚,为满足检测分辨率为0.2mm的要求,需要对小至0.075μS的时间差进行高精度测量。方案采用在MSP430单片机控制下的高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2实现了前述技术要求。以此为核心开发研制的CNG地下高压储气井专用检测装置设备样机具有体积小、重量轻、成本低、精度高、使用方便的特点,较好地满足了地下储气井现场检修探测的技术要求。     

基于LMS自适应时延估计和FPGA的超声波测风系统研究

利用超声波传感器进行风速测量时,温度对超声波传播有很大影响,时延估计对超声波测风系统的精度起到很大的作用。本超声波测风系统为避免温度对风速测量中的影响,采用了基于时差法的测量原理,为了提高时延估计值的精度,提出了基于最小均方(LMS)自适应时延估计的测量方法,研制了以单片机Atmega128和现场可编程门阵列(FPGA)为核心的硬件系统。仿真和实际测试的结果表明,该超声波测风系统的时延估计值精确度较高,具有很高的应用价值。     

基于AD8302的相位差法测声速

对相位差法测量声速实验进行了改进,改进后的宽频带相位差测量系统由AD8302相位差测量芯片、运放电路和MSP430单片机构成,可以直接测量发射信号与接收信号之间的相位差,实现了相位测量的数字化,提高了声速的测量精度.     

基于MSP430F149的激光光斑自动测量实验设计与实现

设计了刀口法激光光斑自动测量系统,采用MSP430F149单片机控制步进电机带动刀口自动扫描,同步采集光电探测器信号并传入控制计算机,利用LabVIEW语言开发"人机交互界面",借助Matlab Script节点对数据进行分析得到光斑尺寸参量,实现了激光光斑尺寸的实时测量显示和程序化处理.     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

一种新型磨床振动频率测量系统设计

设计了一种新型的磨床振动频率测量系统,采用MMA8451Q微加速度计作为测量元件,使用高性能低功耗单片机MSP430F5529作为控制核心。系统用滑动平均滤波算法对信号进行了降噪平滑处理,计算出振动数据的“虚拟过零点”,以此为基础计算出振动的频率。通过在标准振动源上的标定实验验证了滤波算法的有效性和频率测量的准确性,误差在0.2Hz以内,引用误差为0.25%。最后在曲轴磨床上进行了实际测量实验,得出测量结果和理论计算结果是吻合的,证明了系统的可行性。     

基于MSP430单片机的自动灌溉演示装置

介绍了基于MSP430F149单片机的自动灌溉演示系统的软硬件设计.该系统通过单片机控制温湿度传感器和光强传感器,实现对环境相对湿度、温度、光强实时采集与处理,演示自动灌溉植物.     

基于MSP430F169和CPLD的综合报警平台设计

介绍了基于MSP430F169 混合数字信号处理器和EPM1270T144C5N 复杂可编程逻辑器件(CPLD) 而设计的综合报警平台系统。MSP430F169 混合信号处理器具有超低功耗、处理能力强、系统工作稳定等优点。EPM1270T144C5N 是一种具有144 只管脚的复杂可编程逻辑数字器件,可以实现同时对多个不同的设备报警信息采集与处理。该综合报警平台对HIRFL-CSR 上运行的各个分散的监测报警系统所产生的报警信息进行综合收集处理与报警,主要是先根据现有已上传到监测报警系统服务器中的原始数据进行条件判断,服务器根据判断结果发送相应的指令,MSP430 利用UART功能和网络协议转换器配合接收;然后MSP430把接收到的指令数据解析后送到CPLD 数据端口,由CPLD 控制连接的报警器,实现报警功能;也可利用CPLD 多管脚的优势,控制其他的现场设备。MSP430F169 内部的12 位ADC和DAC 模块可实现对现场设备的模拟信号的给定和回读。系统客户端的软件采用Microsoft Visual C++ 6.0 设计。该综合报警平台具有结构简单、响应速度快、稳定性好等优点,可实现单板对多种不同设备的控制与监测。A system of a comprehensive alarming platform based on MSP430F169 (a mixed signal microcontroller) and EPM1270T144C5N(a complex programmable logic device -CPLD) has been introduced in this paper. The system has the advantages of ultra-low power consumption, powerful processing ability and operating stably by using the MSP430F169. Meanwhile the EPM1270T144C5N is one of the complex programmable logic device which has 144 pins, and it was controlled by MSP430 to output or input the digital signals. The control system is charge for responding the alarming information from the scattered monitoring system which has running on the HIRFL-CSR. The duty of this system is to receive the commands which have been analyzed by server. The12-bit ADC and DAC module in the MSP430F169 can also read back the voltage of device or set the voltage to the specific device. The system’s client software is designed in the Microsoft Visual C++ 6.0 environment. The system has the advantage of a simple structure, fast response, good stability, and is able to monitor different running systems and devices in real time on one board.     

大气气溶胶浓度检测及检测系统设计

提出了一种双通道交替探测透射和散射的气溶胶浓度检测方法,并设计了相应的检测装置。利用光通过气溶胶后被吸收和散射的作用,采用双光路周期性测量90°散射光及透射光光强,消除了光源老化及探测器灵敏度不同对测量结果的影响。选用MSP430单片机作为主控芯片,通过对激光管施加脉冲信号实现对光信号调制,并在探测接收端进行信号的放大及滤波,有效消除了环境因素对测量精度的干扰。采用该测量装置进行了气溶胶测量,结果显示其线性较好,线性相关系数为0.976 5,表明测量系统稳定可靠。     

基于单片机的LD控制系统的设计

为了实现激光器稳定、可靠和准确的功率输出,介绍一种基于单片机实现半导体激光器功率高稳定的控制系统。该系统以MSP430单片机为核心,根据半导体激光器的工作原理,设计了受控恒流源、温度控制系统和光功率反馈系统等部分。此外,系统还具有激光功率的实时控制、显示和设置以及软开关和软保护等功能。功率稳定采用光功率反馈法,温度控制采用高精度PWM驱动的半导体制冷器。光功率稳定度优于0.25%。     

基于labview与容栅传感器的液位测控系统

根据容栅传感器的检测原理,设计了一套基于LabVIEW和容栅传感器的液位精密测控系统,精度达0.05ml。利用容栅传感器输出的电容信号经信号调理模块输入msp430单片机处理并精密控制液位,采用LabVIEW设计系统监控界面程序,实现系统数据的显示、存储、绘图以及人机控制测定仪工作等功能。可配装为数显测定仪和物体密度测量仪,人机界面良好,成本低,易推广。     

相干多普勒激光测风雷达系统研究

大气中风速和风场分布的精确测量具有重要的军用和民用价值。近20年来,相干激光雷达对风场的遥测被经常用于大气边界层风场的精确测量。首先介绍了相干激光测风雷达的工作原理;然后对其相关的指标体系进行了详细的分析和论证,主要包括工作波长、探测灵敏度、测速精度以及作用距离与发射功率的关系等技术指标;最后给出了目前较优的相干激光测风雷达系统的技术方案和技术途径。在此基础上,采用1.5μm窄线宽激光光源设计了一套全固态、小型化激光相干测风实验装置,并进行了相关实验。     

基于嵌入式操作系统的无线电力监测系统设计

为了对各个用电设备或用电用户的电力使用情况进行精细化监测,从而对电力评估、管理起到基础性作用,设计了一种基于Contiki嵌入式操作系统的无线电力监测系统,以6LoWPAN作为无线通信协议;该系统由终端节点、路由节点、接入节点、GPRS模块及计算机数据中心构成;介绍了基于TV3154、TA5212及信号调理滤波网络、ADE7653电力测量、MSP430F1611主控及CC2420射频的终端节点、接入节点硬件设计方法;介绍了基于Contiki,结合6LoWPAN无线协议及I²C、UART等串口通信协议的终端节点、接入节点软件设计方法;实验结果表明,系统对电压、电流、功率的测量误差均保持在2% 以内,能够实现组网,两个节点之间的无线通信距离可达80 m。     

基于菲佐干涉仪测风激光雷达的误差分析

详细分析了基于菲佐(Fizeau)干涉仪测风激光雷达利用条纹重心法反演风速时的方法误差和系统噪声引起的测量误差。提出了方法误差的修正方法,推导出了测量误差理论公式。并用蒙特卡罗方法模拟了低对流层的回波信号,并对其进行条纹重心法风速反演。结果表明:方法误差和气溶胶与分子后向散射比有关,噪声引起的测量误差与信号强度和气溶胶与分子后向散射比有关。在0~5 km,高度采用条纹技术测量的风速误差小于1 m/s。     

机载激光雷达风切变探测性能分析

介绍了用于风切变测量的激光雷达外差探测系统，阐述了其工作原理，根据CO2雷达系统与Ho：YAG雷达系统相关参数进行信噪比模拟和风速误差对比，模拟结果表明波长为2．1μm的Ho：YAG雷达和波长为10．6μm CO2雷达都适合机载低空风切变探测。通过对比表明Ho：YAG雷达的性能更为优良，误差更小，探测距离更远。