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大坝垂线自动测量系统

作　者: 张立欣
导　师: 周云飞
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 大坝垂线大坝变形线阵CCD ARM
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水库大坝事故原因大多是因为设计不科学或施工中存在缺陷或运行时缺乏适当管理等。大坝一旦发生事故，轻则浪费了大量的资源，耗费大量人力财力，重则危及下游百姓的生命和财产安全，造成城市淹没的惨剧。这也在提醒我们对大坝安全进行实时检测的重要性。通过实时检测，能够即时发现潜在的危险，并作出补救措施，若大坝变形超出可控范围，也可以提早进行改造。本课题为大坝垂线自动测量系统，主要目的是对大坝垂线的位移量进行检测，以此来预防大坝变形产生的危险。采用自制平行光源为激励源，以线阵CCD为图像传感器，采用STM32F107为控制核心，触摸液晶作为人机交互平台。工作原理是平行光垂直照射于线阵CCD上面，被铅垂线遮挡的部分形成阴影，CCD进行图像转换，输出相应模拟信号，通过采集计算找出阴影所在位置，再通过软件处理和计算得到垂线位移量。根据测量原理进行了系统软硬件设计。系统硬件包括六大部分，分别由光源模块电路、CCD驱动电路、信号调理电路、AD采集电路、液晶显示电路和通讯模块电路六部分组成。恒流源驱动光源电路产生平行光，照射在CCD上的光信号被转换为电信号，电信号经过调理电路，转换为能被ADC采集的信号范围，片外ADC将转换的数据传输给STM32控制器。通过STM32控制器的数据滤波、补偿等数据处理取得测量结果，然后对结果进行存储、显示或其他数据操作。系统软件以UCOS-II为操作系统，移植了FAT32文件系统，对液晶显示，触摸屏控制，ADC采集，数据文件保存，RS485、USB通信分别建立了任务。方便用户进行数据查看和处理以及其他相关操作。RS485则将数据上传给大坝监控室，实现了定时自动监测。在系统软硬件基础上，对系统进行了测试，达到了各项功能要求和技术指标，可满足自动测量要求，并取得了良好的测量精度和稳定性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究的目的及意义  8-9
  1.3 垂线测量仪的发展概况  9-10
  1.4 本文研究内容  10-11
2 垂线测量原理与系统方案  11-15
  2.1 大坝垂线测量原理  11-12
  2.2 系统设计需求  12
  2.3 系统方案  12-13
  2.4 系统总体结构  13-14
  2.5 本章小结  14-15
3 系统硬件电路设计  15-37
  3.1 控制器电路设计  15-21
  3.2 CCD驱动电路设计  21-23
  3.3 光源模块电路设计  23-27
  3.4 信号调理电路设计  27-30
  3.5 信号采集电路设计  30-33
  3.6 触摸屏显示电路设计  33-35
  3.7 通讯模块电路设计  35-36
  3.8 本章小结  36-37
4 系统软件设计  37-55
  4.1 开发环境  37
  4.2 软件整体结构  37-39
  4.3 UCOS-II系统概述  39-41
  4.4 STM32芯片配置  41-44
  4.5 CCD驱动程序  44-46
  4.6 高速AD采集  46-47
  4.7 数据处理  47-49
  4.8 触摸屏液晶显示  49-51
  4.9 通讯模块  51-54
  4.10 本章小结  54-55
5 系统调试及测试结果  55-61
  5.1 调试环境  55
  5.2 系统实物  55-57
  5.3 测试方法与结果  57-60
  5.4 本章小结  60-61
6 总结与展望  61-63
  6.1 全文总结  61
  6.2 存在的不足和解决方案  61-62
  6.3 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录1 攻读学位期间发表学术论文目录  67

大坝垂线自动测量系统

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