供水管道泄漏点定位系统研究与设计

摘要

供水管道是保证人们生活、城市发展以及生产建设必不可少的基础设施。为了保证管道能够正常运行，研究并开发一套适应我国管道状况的、能够实现在线检测的、可靠性高的管道漏点定位系统，及时检测管道泄漏并确定泄漏源位置，对于节约水资源具有重要的实际意义。
　　本文把供水管道实验系统作为研究对象，对管道泄漏信号的生成原理、传播特征和频率特性进行了分析，在此基础上研究用于漏点定位的互相关时延估计算法与 LMS自适应滤波时延估计算法，并设计了一套供水管道泄漏点定位的数据采集与处理系统。该系统主要以FPGA芯片EP4CE30F23C8为核心处理器。硬件设计主要包含信号检测调理模块、信号采集模块、信号处理及显示模块。其中信号处理模块采用SOPC Builder构建的SOPC系统来完成，SOPC集成了软核CPU、SDRAM存储器、PIO接口及JTAG调试接口，其作用是控制 A/D采集上、下游管道泄漏信号并进行显示，以便完成上、下游采样数据的互相关运算及漏点定位。本设计采用软件集成开发环境NiosⅡIDE中的 C语言编制泄漏信号的采集，处理及显示等核心程序。
　　本论文针对实验室管道，通过泄漏检测定位仪获取管道泄漏波形，并分析泄漏信号频率特性，泄漏频率范围为50Hz～2kHz。针对微弱的泄漏声信号设计了FIR数字滤波器；借助于 Matlab仿真平台验证了两种时延估计算法的可行性与有效性；此外对泄漏检测定位系统的数据采集模块进行了仿真，最后将 SOPC硬件系统与NIOSII IDE软件编写的程序进行连接与调试，结果表明该定位系统实现了预期的泄漏信号检测与定位功能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引 言

1绪论

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3国内外研究概况与发展趋势

1.4论文主要内容与章节安排

2供水管道泄漏信号检测与漏点定位技术综述

2.1管道泄漏信号产生机理

2.2管道泄漏信号频率特性

2.3干扰噪声的来源及去噪方法

2.4管道泄漏信号检测方法综述

2.5供水管道漏点定位方法

2.6本章小结

3供水管道泄漏点定位系统设计

3.1系统总体方案

3.2硬件开发平台简介

3.3软件开发平台简介

3.4本章小结

4供水管道漏点定位系统硬件设计

4.1传感器选型

4.2 信号调理电路设计

4.3 A/D采集模块

4.4 SOPC系统硬件开发

4.5存储控制模块

4.6 配置模块

4.7 通讯与人机接口模块

4.8 电源模块

4.9 PLL模块

4.10本章小结

5供水管道漏点定位系统软件设计

5.1 SOPC系统软件开发

5.2 管道泄漏点定位系统程序设计

5.3本章小结

6供水管道实验系统仿真与结果分析

6.1 供水管道实验系统搭建

6.2系统仿真测试

6.3 FPGA各模块调试及结果分析

6.4 本章小结

结 论

参考文献

附录A1 A/D采集模块原理图与PCB图

附录A2 系统硬件电路原理图

附录A3 系统硬件电路原理图

附录B SOPC系统顶层设计原理图

附录C 系统采集部分程序

在学研究成果

一、在学期间参加的科研项目

二、在学期间所获的奖励

三、在学期间发表的论文

致谢