排水管道探测机器人声纳检测系统研究

摘要

在我国，由于地下排水管道堵塞或者破裂造成的直接或问接经济损失是相当严重的，所以研究和设计一套排水管道自动检测系统很有必要。本文提出将多波束超声相控成像检测技术应用于管道检测，研究工作主要包括以下几部分： 1．超声波换能器以及微控制器选型的设计：根据超声的相关特性以及管道现状设计，选择超声多波束换能器、超声测距换能器；为实现超声波频率以及其他参数的精确可调，选择高速低功耗微控制器作为下位机核心测控单元。 2．超声发射、接收系统及数据采集系统的硬件设计：针对超声波特性设计了相应的超声脉冲激励、功率放大、带通滤波、阻抗匹配等电路，实现了超声信号的发射、接收及功率放大；采用高速数据采集卡实时、同步采集超声回波信号，设计换能器功放输出与数据采集卡接口的阻抗匹配电路。 3．上位机、下位机控制系统研究与数据采集处理系统软件的研发：设计了上位机与下位机通信、控制软件，实现上位机对下位机的控制、系统检测的同步；开发数据采集卡应用软件，实现了超声回波信号的实时采集，保存准确的相位信息，为成像处理提供了必要条件。 4．超声避障技术研究：基于C8051F120微控制器的片上资源设计完成脉冲的发射、回波的采集与寻峰、以及障碍物定位报警等工作。 5．超声多波束检测系统实验研究：针对各个部分的软硬件设计，分别进行了实验验证，实验结果表明本文设计的多波束声纳成像检测系统达到了预期的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外发展现状

1.2.1管道检测研究的现状和动态

1.2.2障碍物判别系统研究的现状和动态

1.2.3超声波测距传感器的应用和发展现状

1.3课题来源及研究内容

1.4本章小节

第2章系统工作原理及总体方案设计

2.1声纳管道检测原理

2.2多波束超声原理

2.3多波束检测控制系统

2.4超声发射接收系统

2.5检测系统相关软件设计方案

2.5.1下位机软件系统

2.5.2上位机软件系统

2.6小结

第3章系统硬件设计

3.1超声波换能器选型设计

3.1.1频率选择

3.1.2脉宽确定

3.1.2盲区分析

3.2下位机微处理器的硬件设计

3.2.1微处理器的选型设计

3.2.2在系统设计中所用到的微处理器片上资源

3.2.3微处理器核心板硬件设计原理

3.3多波束超声发射电路设计

3.4多波束超声信号采集接收系统硬件电路设计

3.5通信端口的硬件设计

3.6 PCI高速数据采集卡选用

3.6.1 PCI总线简介

3.6.2高速数据采集卡PCI1714的应用

3.7单片机系统的干扰及硬件抗干扰措施

3.8小结

第四章软件系统设计

4.1控制及通信系统设计

4.1.1下位机控制系统软件设计

4.1.2上位机控制系统设计

4.1.3通信系统的设计

4.2超声数据采集、存储系统设计

4.3小结

第五章排水管道检测机器人避障研究

5.1排水管道检测机器人避障技术

5.2超声波障碍物检测的原理及实现

5.3超声波发射接收电路的硬件设计

5.4障碍物检测的软件设计

5.5小结

第六章实验

6.1系统实验验证

6.1.1实验环境

6.1.2超声换能器触发实验

6.1.3数据采集系统的改进实验

6.1.4超声发射功率放大电路实验

6.1.5超声接收功率放大电路实验

6.1.6上位机数据采集系统实验

6.2实验分析

6.2.1实验误差分析

6.2.2实验结论

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历及在读期间发表的学术论文