超聲波流量計信號處理畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 信號里面的噪聲，增加信噪比的值，提高下一步FFT計算的精度；完成濾波后對濾波后得到到的信號進行FFT變化，最終就得到了實際計算所用到的頻譜圖。所以，對于信號處理的程序設計流圖如下： 數據采集 濾波 FFT 計算頻偏、流體的流速值 輸出 圖41 對信號進行處理的流程圖 對信號進行濾波 本文中對于超聲波流量計接收到的信號進行了濾波，濾波器采用的是巴特沃斯低通濾波器。低通濾波器程序的實行用到了MATLAB工具箱函數。%低通濾波器的程序fs=30。N=4000。t=1:128。wp=2*9/fs。ws=2*11/fs。Rp=1。As=30。[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)。[B,A]=butter(N,wc)。[H,W]=freqz(B,A)。Figure（1）。plot(W,abs(H))。title(39。低通濾波器39。)。濾波器的仿真如下圖所示： 圖42 低通濾波器的波形圖 利用上述設計的濾波器對信號進行濾波，濾波的程序以及結果如下： %對信號進行濾波%fs=30。N=4096。t=1:128。x=5*sin(2*pi*10*t)+5*sin(2*pi**t)+5*sin(2*pi**t)。wp=2*9/fs。ws=2*11/fs。Rp=1。As=30。subplot(3,1,1)。plot(t,x)。title(39。輸入信號39。)。[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)。[B,A]=butter(N,wc)。[H,W]=freqz(B,A)。y=filter(B,A,x)。subplot(3,1,2)。plot(W,abs(H))。title(39。低通濾波器39。)。subplot(3,1,3)。plot(t,y)title(39。濾波后的波形39。)輸入的波形以及濾波后的波形： 圖43 接收到的信號的波形以及濾波后信號的波形顯示 基于MATLAB對信號進行FFT% 對信號進行采樣以及fft處理% fs=30。N=4096。n=0:N1。t=n/fs。y1=fft(y,N)。mag=abs(y1)。f=n*fs/N。figure(1)plot(f,mag)。xlabel(39。頻率/KHz39。)。ylabel(39。振幅39。)。title(39。N=409639。)。grid on。仿真的結果如下： 圖44 經過FFT后信號的頻譜圖 找出相應的頻偏值并計算出流體流速對信號進行了濾波，fft之后，就能夠得到其功率譜圖，通過適當的編程實現在圖中得到最高點所對應的采樣點數的值，完了再結合譜的分辨率計算出多普勒頻移，最后通過超聲波流量計流量的計算公式算出被測流體的流量。具體程序如下：%計算多普勒頻移以及被測流體的流速fs=30。N=4000。n=0:N1。t=1:128。y1=fft(y,N)。mag=abs(y1)。f=n*fs/N。figure(1)plot(f,mag)。xlabel(39。頻率/kHz39。)。ylabel(39。振幅39。)。title(39。N=409639。)。grid on。[ma I]=max(abs(y1))f=(N/4I)*30/Ngrid on。c=1500。sita=pi/4。f1=1*10^3。u=(c/(2*cos(sita)*f1))*fgrid on。運行的結果如下：ma=I=401f=u= 從程序運行的結果可以看出，經過FFT之后找出多普勒最大峰值所對應的點數，結果是I=401，接著計算出多普勒超聲波流量計的頻移是f=，最后計算出被測流體的流速大小是u=。 5 結論 本文通過介紹多普勒效應的物理含義，從而提出了以多普勒效應為原理設計的超聲波流量計。在多普勒超聲波流量計的使用過程中，其對信號的處理有著很高的要求。文中闡述了在多普勒效應下超聲波流量計信號處理的近似的公式，知道了多普勒超聲波流量計是通過多普勒頻移的特性來完成對被測流體流量以及流速的檢測。從多普勒超聲波流量計測量的過程來看，對于超聲波流量計信號處理的模塊在整個超聲波流量計的設計中是至關重要的。本文首先給出了基于ARM芯片STM32F103CBT6來對超聲波流量計接收到的信號進行處理。通過STM32F103CBT6芯片對超聲波流量計接收到的信號進行AD轉換，采樣以及FFT，然后通過串行接口驅動LED顯示，使結果最終顯示在液晶顯示屏上。其次主要是針對于軟件來完成對超聲波流量計中的信號進行處理。本文介紹了仿真軟件MATLAB，而且對于在利用軟件編程實現信號處理過程中要用到的理論知識，例如FFT、采樣以及基于MATLAB數字低通濾波器的設計和實現進行了介紹。通過MATLAB編程來完成數字信號處理過程大致如下：通過對超聲波流量計接收器接收到的信號進行低通濾波，這就得到一個信噪比比較高的信號，完了再對此信號進行FFT，最終通過極值比較得到需要的頻率差值，用于被測流體流量以及流速的計算?？偟膩碚f，超聲波流量計信號處理是一項比較重要的工作。在對信號進行處理的過程中會遇到很多的問題，我們一經發現了一條利用數字信號處理技術的方向。沿著這個方向來改進系統，對系統的信號進行處理，再結合水聲物理、流體的分布、傳感器以及傳感器的安裝等方面的研究，相信在不久的將來，就可以設計出一個具有更高精度的多普勒超聲波流量計。致謝四年的讀書生活在這個季節即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的指導老師馬虎山、李克艱老師。我不是您們最出色的學生，而您們卻是我最尊敬的老師。您們治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經由您悉心的點撥,再經思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學院為我提供良好的做畢業設計的環境。 最后再一次感謝所有在畢業設計中曾經幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻[1] 高西全等著，數字信號處理，2008，西安電子科技大學出版社。[2] 鄭阿奇著，MATLAB實用教程，2012，電子工業出版社。[3] 萬明習等著,醫學超聲學,1992,西安交通大學出版社。[4] 北京聲學學會,工程聲學,1988,北京大學出版社。[5] 丁玉美等著,數字信號處理,1994,西安電子科技大學出版社。[6] 張雄偉等著,DPS芯片的原理與開發應用,2000,電子工業出版社。[7] 樓順天等著,MATLAB程序設計語言,1997,西安電子科技大學出版社。[8] 樓順天等編,基于MATLAB的系統分析與設計一信號處理,1999, 西安電子科技大學出版社。[9] 錢壽宇等著,微機通訊技術,1992,電子科技大學。[10] 張芳蘭等編,TMS320CZXX用戶手冊,1998,電子工業出版社。[11] 吳湘淇編著,信號、系統與信號處理,1996,電子工業出版社。[12] 劉松強編著,數字信號處理系統及其應用,1996,清華大學出版社。[13] 雷繼堯、何世德、王嘉深編著,工程信號處理技術,1990,重慶大學出版社。[14] 聞愚生、張傳生編,信息傳輸基礎,1993,西安交通大學出版社。[15] 應懷樵編著,波形和頻譜分析與隨機數據處理,1985,中國鐵道出版社。[16] 印勇編著,隨機信號分析,2000年,中國物資出版社。[17] 閻秀蘭、郎文鵬編著,數據采集系統中的放大器,1982年,機械工業出版社。[18] 蔣宇晨,趙順剛等,超聲傳感器在明渠流量計中的應用,自動化儀表, 2000年7月,PP16一18。[19] 袁波,楊衍明,高精度測量中選頻網絡及超聲信號的放大電路,電子技術， 1997年第4期,PPS一9。[20] 徐勤衛等,高頻超聲波信號處理電路,電子技術應用,1994年第7期,P45。附錄對于信號進行處理的整個程序如下：fs=30。N=128。t=1/fs:N。x=5*sin(2*pi*10*t)+5*sin(2*pi**t)+5*sin(2*pi**t)。wp=2*9/fs。ws=2*11/fs。Rp=1。As=30。subplot(3,1,1)。plot(t,x)。title(39。輸入信號39。)。[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)。[B,A]=butter(N,wc)。[H,W]=freqz(B,A)。y=filter(B,A,x)。subplot(3,1,2)。plot(W,abs(H))。title(39。低通濾波器39。)。subplot(3,1,3)。plot(t,y)title(39。濾波后的波形39。)fs=30。N=4096。n=0:N1。t=1:128。y1=fft(y,N)。mag=abs(y1)。f=n*fs/N。figure(1)plot(f,mag)。xlabel(39。頻率/kHz39。)。ylabel(39。振幅39。)。title(39。N=409639。)。grid on。[ma I]=max(abs(y1))f=(N/4I)*30/Ngrid on。c=1500。sita=pi/4。f1=1*10^3。u=(c/(2*cos(sita)*f1))*fgrid on。34