基于红外光传输特性差异的雪深自动监测系统设计与应用

发布时间：2023-02-16 15:14

　　黑龙江省漠河县地处我国最北端,年平均气温为-5.5℃,月平均气温在0℃之下长达8个月,自然环境极其恶劣,独特的地理环境使得漠河县水资源丰富,人均水资源占有量高于全国平均水平。积雪作为漠河水资源的重要组成部分,每年降雪期为6个月以上,因此,积雪资源评估非常重要。河道冰层上积雪深度变化作为影响河水径流量改变的关键参数,不仅能直观反映积雪资源变化,还可以间接预测河道开河信息,对于实现水文信息化、建立水文模型以及凌汛等灾害预报都具有重要的现实意义。漠河县水位站对河道上积雪深度检测均采用人工测量,不仅效率低下、不方便进行连续测量,且存在一定的危险性,因此,研制一套适用于当地环境的积雪深度自动化监测设备迫在眉睫。课题是在项目组杜超等人研究的红外光对射式雪深检测传感器的基础上,通过分析该传感器在结构上和检测原理等方面的优缺点,研究红外光在不同介质(冰、雪和空气)中的传输特性差异,对传感器进行了重新设计,并设计了与传感器相配备的自动监测系统。课题研制了具有低功耗、低成本、抗寒等特点的积雪深度自动化监测系统,实现了河道冰层上方积雪深度定点、连续、实时、自动化监测,在整个系统设计与试验中,主要完成了以下几...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的相关背景与意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 国内外雪深检测的研究现状
    1.3 课题研究的主要内容
第二章 基于红外光传输特性差异的雪深检测原理研究
    2.1 红外光在冰、雪和空气中的传输特性
    2.2 反射式雪深传感器检测原理
    2.3 本章小结
第三章 雪深检测传感器设计方案
    3.1 传感器结构设计
    3.2 传感器电路设计与封装
        3.2.1 译码芯片EPM1270T144I5N
        3.2.2 多路模拟开关ADG732
        3.2.3 检测单元TCRT5000晶体管
        3.2.4 传感器PCB设计与封装
    3.3 传感器实验测试与分析
        3.3.1 最佳检测距离测试
        3.3.2 低温与防水实验
    3.4 本章小结
第四章 雪深自动监测系统硬件设计
    4.1 雪深自动监测系统总体设计
    4.2 数据采集仪各功能模块硬件设计
        4.2.1 单片机最小系统电路设计
        4.2.2 电源电路设计
        4.2.3 时钟模块电路设计
        4.2.4 A/D转换电路设计
        4.2.5 数据存储电路设计
        4.2.6 GPRS无线通讯模块设计
    4.3 太阳能供电系统设计
    4.4 智能保温系统设计
    4.5 本章小结
第五章 雪深自动监测系统软件设计
    5.1 软件开发环境简介
        5.1.1 IAREmbeddedWorkbench5.5
        5.1.2 QuartusⅡ13.0
    5.2 采集仪各功能模块运行程序设计
        5.2.1 系统运行主程序设计
        5.2.2 电压采集程序设计
        5.2.3 数据存储程序设计
        5.2.4 串口数据传输程序设计
    5.3 冰雪情上位机软件开发设计
    5.4 本章小结
第六章 黑龙江漠河江段雪深现场监测与数据分析
    6.1 黑龙江漠河江段雪深监测试验现场
    6.2 积雪深度判别方法研究
        6.2.1 原始数据分析
        6.2.2 雪深算法研究
    6.3 漠河江段积雪深度监测试验数据分析
    6.4 结论
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖情况
攻读硕士学位期间参与的科研项目



本文编号：3744159