基于DS18B20的溫度梯度-厚度冰情檢測傳感器的設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、我國北方地區(qū)冬季河道結(jié)冰是普遍的自然現(xiàn)象。如東北松花江流域、黃河內(nèi)蒙古段和新疆北部等緯度較高的河流。這些河道會出現(xiàn)結(jié)冰較早、開河較晚和冰層較厚等現(xiàn)象。最大冰層厚度可達(dá)1.6m。因此會造成冰凌等自然災(zāi)害。其主要原因是受寒潮影響強(qiáng)度大、影響早和時間長。種種因素導(dǎo)致對來年的開河不利，監(jiān)測疏通不利等容易導(dǎo)致自燃災(zāi)害。
　　近年來，世界各地研究組織都日趨重視高寒地區(qū)的冰水情研究工作。本文作者研究生階段也參與到太原理工大學(xué)秦建敏教授的冰情課題

2、組中，通過參加實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐，作者提出了一種檢測冰情的新方法。根據(jù)高寒地區(qū)河流結(jié)冰時，河道冰情監(jiān)測點(diǎn)垂直柱面內(nèi)空氣、冰與水三種介質(zhì)所表現(xiàn)出的不同溫度特性，本文設(shè)計了基于DS18B20溫度傳感器的高顯示分辨率冰層溫度梯度-厚度自動化檢測傳感器。本課題由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于空氣、冰與水物理特性差異的冰層生消過程與力學(xué)強(qiáng)度連續(xù)在線檢測原理研究(51279122)”提供課題資助。傳感器內(nèi)部采用單總線結(jié)構(gòu)，通過MSP430單片機(jī)的控制實(shí)

3、現(xiàn)了溫度梯度各檢測點(diǎn)的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，使傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們將新型傳感器安裝在內(nèi)蒙古三湖口黃河河道并進(jìn)行了連續(xù)兩個月的現(xiàn)場冰情數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)。本論文詳細(xì)闡述了基于新型冰情傳感器的設(shè)計過程、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和采集數(shù)據(jù)的分析。主要內(nèi)容有:
　　1.首先介紹課題研究背景和意義以及國內(nèi)外現(xiàn)有冰水情檢測技術(shù)現(xiàn)狀，然后提出在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上結(jié)合檢測冰層溫度梯度技術(shù)進(jìn)行河道斷面冰水情多點(diǎn)自動監(jiān)測系統(tǒng)的方案，最后對流域冰水情檢

4、測技術(shù)的發(fā)展方向做了分析。
　　2.對系統(tǒng)設(shè)計基于的物理特性進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)分析，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的組成方案。
　　3.介紹溫度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r，以及最后系統(tǒng)選用的DS18B20的特點(diǎn)、封裝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、供電方式和通信時序等。
　　4.對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
　　5.對系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝和實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了介紹和分析。針對前幾代冰情傳感器難以準(zhǔn)確判定黃河河道冰層下界面的問題，本文作者對采集到的冰