光纤无源液位测量系统

PAGE——PAGE3——序号：编码：武汉工程大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：无源危险液体液位检测系统学院班级：申报者姓名（集体名称）：指导老师：职称类别：□自然科学类学术论文□□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技发明制作A类√□科技发明制作B类

A2申报者情况（集体项目）说明：1．必须由申报者本人按要求填写；2．申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3．本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名性别男出生年月学院电气信息学院专业班级电气学历本科学制4入学时间2013年作品名称光纤无源危险液体液位检测系统毕业论文题目通讯地址湖北省武汉市江夏区流芳大道特一号武汉工程大学流芳校区电气信息学院2013级电气邮政编码430205办公电住地通讯地址湖北省武汉市江夏区流芳大道特一号武汉工程大学流芳校区电气信息学院2013级电气邮政编码430205住宅电话其他作者情况姓名性别年龄学历所在单位陈凯男21电气电气信息学院王帅帅男19电气电气信息学院邓祖国男21电气电气信息学院赖鹏程男20电气电气信息学院晏晓利女19电气电气信息学院资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。□是□否（部门签章）年月日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是负责人签名：2014年10月15日

B3．申报作品情况（科技发明制作）说明：1．必须由申报者本人填写；2．3．本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称便携式家庭环境检测系统作品分类（B）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品设计的目的在新时代下,危险液体对人的危害日益增大，危险液体的安全也至关重要，对于近距离、无源测量的要求越来越高。比如对大型变压器中液压油液位的测量、易燃易爆液体液位的测量。无源液位传感测量就避免了液体与明火接触的机会，减少了意外情况的发生。对此,我们想出了利用光纤进行无源测量。所谓光纤无源测量系统是指综合使用各项高新技术,实现检测智能化、人性化的集成管理系统。它的设计思想在于将危险液体检测自动化、检测安全化、危险液体液位实时监测等集中在一个综合管理系统。基本思路基于STM32技术，结合危险液体监测的需求，提出一种光纤无源液位检测系统。以STM32为核心，结合温度、湿度、烟雾和光强等环境监测传感器，设计基于无线技术的传感器釆集到的数据汇聚到主模块中；通过在检测终端上显示液位变化情况，以RS232通信模式，实现现场与终端实时检测控制。创新点结合无线传感器网络、智能智能检测的现状与发展方向，设计了一套基于己于STM32技术的危险液体智能监测系统，详细阐述了系统从硬件到控制终端的实现方法，主要完成以下工作：(1)首先研究了危险液体监测的国内外现状和发展动向，简单介绍了实现智能环境监测的几个关键技术，如无线传感器网络、STM32技术的发展。(2)详细研究了基于ZigBee技术的无线传感器网络，包括基于STM32的无线传感网络的主要特点，(3)独立完成了系统的硬件电路设计、PCB版绘制、元器件安装，串口通信和LCD驱动的硬件调试工作。(4)开发危险液体监测控制终端。用户可以实现现场和办公室实时监测和控制。在全国大中城市，变电站普及数量很多，有待在节能措施实施改进，因此应用前景很广。技术关键本系统主要是基于检测的智能化而提出的设想，通俗地讲是智能检测系统的智能化，具有实时查看危险液体的液位数据指标。本系统采用C/S设计模式，系统架构分成二个层次即检测端和控制端，其中检测端有特殊的无源光纤传感器直接测量液体的液位。控制端是进行各项功能的控制。在3G无线网络的覆盖下，采用Zigbree进行无线通信。系统结构图如图1所示：2.1硬件设计主控制器意法半导体公司新推出的STM32F103RBT6处理器作为主控制器，是基于ARM公司最新推出的的Cortex-M3内核的32位的处理器。该处理器具有64引脚，128KFLASH，20KSRAM，2个SPI接口，3个串口，一个USB，1个CAN，51个IO口。芯片的数据处理能力为1.25DMps/MHz，在72MHz的工作时钟下消耗36mA（所有外设处于工作状态），待机时下降到2μA，是目前32位处理器市场上功耗最低的产品，加上其具有睡眠、待机、停机等模式优化功能，使其适合在外接电池的环境下使用。相对常用的51系列单片机，它不仅在价格上与其相当，在数据处理能力上却达到接近DSP的能力并能顺畅地运行μC/OS-II的操作系统，具有较好的发展前景。无线收发模块NRF24L01+采用IEEE802.15.4标准，使用2.4GHz公共频率，是目前在短距离无线传输中性价较高的产品，具有成本低，低耗电，网络结点多等特点，被视为替代有线监控和网络控制最有效的技术。目前最常用的NRF24L01+是在NRF24L01加强型，两者在引脚上完全一样，在使用PCB制板天线NRF24L01+通信距离一般可达到100m，在使用加长天线后通信距离还可有较大提升。NRF24L01+的SCK、MOSI、MISO与STM32处理器使用SPI口通信协议，主控模块B配置为发送模式，当B感应到有人通过时，把接收结点地址和发送的数据（数据内容规定为1）写入缓冲区，CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。当主控模块B配置为接收模式时，当接收方检测到有效的地址时，就将接收到数据（1）存储在接收缓存中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。实际上，在图3中为主控模块B的连接，A和B模块基本相同，区别在于主控模块A中IRQ引脚连接的是PA13，这样设置在于IRQ拉低时，STM32会产生外部中断。图2主控制器电路2.2软件设计软件设计是在MDK环境下直接对寄存器编程。在软件主控制模块使用外部中断下降延触发方式，当数据采集模块接收到数据进行数模转换，STM32的ADC1口检测到下降延触发外部中断，STM32处理器转而处理中断程序，先对buff中数据检测是否进行处理，如果为1，则把采集得到的数据按照预先规定的方法处理，得到自己理想的数据，实时监测也为变化。2.3监控模块控制终端的显示及报警装置和危险预处理装置显示，实时监测控制危险液体的运送和储存。本系统基于STM32和无线技术，从硬件设计到软件开发两方面进行了危险液体监测系统的设计，系统硬件具有成本低、体积小、功耗低和安装方便等优点；在串口助手上显示如下正常情况下报警装置显示超过预置情况下的显示3工作原理及性能分析首先在深入分析STM32基础上，结合危险液体监测的需求，提出一种基于STM32和软件技术的危险液体智能监测的系统设计方案。然后以STM32F103RBT6为核心，结合温度、湿度、烟雾和光强等环境监测传感器，设计了基于无线技术的传感器釆集到的数据汇聚到主模块中，进行装置的各项控制。本系统基于STM32和可视化软件技术，从硬件设计到软件开发两方面进行了危险液体监测系统的设计，系统硬件具有成本低、体积小、功耗低和安装方便等优点；实现对危险液体的实时监测和控制。需要经过实验、运行、测试，来证明本系统能够进行危险液体监测和远程控制，具有良好的稳定性和可靠性。本技术可以推广应用到军事、工业、农业等多个领域，具有一定的实用价值和应用前景。主要技术指标1、详细的技术参数及指标的参照产品的设计说明书和图样。2、经过对样品的调试和仿真模拟，在液位低于设定值，等于设定值、高于设定值等都做出了相应的提示和告警。3、主控的硬件及相应的程序编写参照STM32数据手册和固件库说明。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）伴随着3G网络的全面覆盖，传输率的全面提升，使用移动终端设备进行远程监控已经成为监控领域的新热点。人们无处不在使用3G网络，3G网络跟人们的生活已经紧密的联系在了一起。本作品相比现有的监测技术作品，体积小巧，数据交换以无线通信的形式实现，系统的安装和操作简单，无需另外走线。采用低功耗微控制器STM32作为各节点的控制器，系统功耗低，符合环保节能的设计理念。成功的实现了基于NRF24L01无线传感网络的家居环境监测，其显著优点是功耗低，成本低，可靠性高。而且还可以进行其他功能的拓展，比如：可以对辐射的实时监测，对空气质量的监测等；很适合家庭和工业上的使用。只需要加入合适的节点，并避免出现数据采集出现紊乱。本系统主要是基于危险液体检测的智能化而提出的设想，具有实时查看危险液体检测温度、湿度等各项数据指标。在硬件设计方面采用的主控芯片为意法半导体公司新推出的STM32F103RBT6处理器作为主控制器，无线收发模块采用NRF24L01+，它采用IEEE802.15.4标准，使用2.4GHz公共频率，是目前在短距离无线传输中性价较高的产品。STM32与NRF24L01相结合组装成实时监测模块。进行检测。参考文献:1、原子教你玩STM32作者：刘军张洋北京航空航天大学出版社2、嵌入式系统设计基础教程高等教育出版社3、嵌入式实时操作系统Uc/COS经典实例基于STM32处理器作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶段（A）A实验室阶段B中试阶段C生产阶段D（自填）技术转让方式作品可展示的形式□实物、产品□模型□图纸□磁盘□现场演示√□图片√□录像□样品√使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测首先在深入分析STM32的基础上，结合危险液体监测的需求，提出了一种基于STM32术的危险液体智能监测的系统设计方案。然后以STM32F103RBT6为核心，结合温度、湿度、烟雾和光强等环境监测传感器，设计了基于无线技术的传感器釆集到的数据汇聚到主模块中。本系统基于STM32和可视化技术，从硬件设计到软件开发两方面进行了家庭环境监测系统的设计，系统硬件具有成本低、体积小、功耗低和安装方便等优点；开发了应用客户端能，实现对家庭环境的实时监测和控制。本作品适用于危险液体的监测。成功的实现了基于无线传感网络的危险液体监测，其显著优点是功耗低，可靠性高，体积小巧，安装方便。市场对此类作品需求较大。环境监测作为危险液体智能化系统的一个重要子模块将拥有良好的市场前景。在进一步进行产品研发，可充分拓展市场空间和提高市场份额，将获得更好的经济效益。可以推广应用到军事、工业、农业等多个领域，具有一定的实用价值和应用前景。专利申报情况□提出专利申报申报号申报日期年月日□已获专利权批准批准号