2023年地下管道超声检测系统硬件设计.docx

安徽工程大学机电学院本科 毕业设计（论文） 专 业： 电子信息工程 题 目：地下管道超声检测系统硬件设计 作 者 姓 名： 戴 德 政 导师及职称： 杨 福 猛 导师所在单位： 信息工程系 2016 年 12月 20 日 安徽工程大学机电学院 本科毕业设计（论文）任务书 2023 届 电子信息工程 专业 学生姓名： 戴 德 政 Ⅰ 毕业设计（论文）题目 中文：地下管道超声检测系统硬件设计 英文：The hardware design of underground pipeline ultrasonic testing system Ⅱ 原始资料 [1] 常大海，蒋连生.输油管道事故统计分析[J], 油气储运，1995,14（6）：48-51 [2] 高福庆.管道检测的必要性[J]，管道技术与设备，1998，（1）：40-42 [3] [J]，石油规划设计，2022，11（1）：40-41 [4] 杨嘉瑜.用于长输管道检测的智能清管器[J]，石化管道, 1999,22（2）：17-21 [5][J]，无损检测, 2022,24（3）：100-102 [6] [7] 多界面胶接质量超声成像诊断,77页,TB553 V435 [8] [9] MEMS基片厚度的激光超声测量技术研究,64页,TB553 [10] 压力管道泄漏声发射源定位的实验与算法研究,75页,TB552 U178 [11] 稀土磁致伸缩换能器的设计及其动态特性研究,73页,TB552 [12] 超声测距原理在液压缸行程检测中的分析及应用研究,96页,TB551 TH137 [13] [14] 功率超声振动系统的参数识别及其控制的研究,105页,TB552 [15] [16]大型水下结构近场声全息的理论与实验研究,165页,TB55 [17]基于ARM的海底管道超声在线数采系统的设计和实现,60页,TB551 [18]超声波在不同介质中温度效应测量的研究,54页,TB551 [19]水中仿生物组织激光超声检测及机理分析,44页,TB551 [20]小波束角超声测距技术研究,55页,TB551 Ⅲ 毕业设计（论文）任务内容 1、课题研究的意义： 我国石油、化工行业存在大量地下管道，大局部使用10-20年以上，存在平安隐患。 2、本课题研究的主要内容： 本课题就是研究采用超声波测厚原理、探伤原理为根底所进行的管道在线无损内检测系统的研究与设计。重点要求提出模拟式超声管道内检测系统的总体设计与在线数据采集子系统的设计方案。 3、指标： （1）了解超声波检测的相关理论、特点和现状； （2）提出模拟式超声管道内检测系统的总体设计设想； （3）完成在线数据采集子系统的设计方案。 4、提交的成果： （1）完成开题报告； （2）完成设计报告、论文的格式及字数要求； （3）学会查找10篇以上有关文献，其中外文资料至少2篇； （4）中文300汉字左右，外文约250个实词左右。 指导教师（签字） 教研室主任（签字） 批 准 日 期 接 受 任 务 书 日 期 完 成 日 期 接受任务书学生（签字） 地下管道超声检测系统硬件设计 摘 要 无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反响的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及外表的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。超声检测就是无损检测技术其中的一种应用。以往的管道检测和探伤技术在测量精确性方面有着很大的缺陷，现在随着科学技术和经济的开展，对石油、化工行业存在的大量地下管道必须要有更加精确的检测技术，在这样一种环境和背景下，超声检测就慢慢出现在人们的视野中。 本设计采用STM32单片机对超声波探头传回的数据进行处理分析再通过蓝牙传输给单片机，实现在线采集数据的功能。本设计经过机械结构的设想，原理图的设计和对上位机程序的设计，根本能到达很好的控制效果。在地下管道中行驶的检测系统通过前端的减速电机旋转使三个超声探头都能很好的检测信号，转动一周是为了确保检测的信号完整性，不遗漏每一处管道的信息。 关键词：无损检测；超声；单片机 The hardware design of underground pipeline ultrasonic testing system Abstract Nondestructive testing is a method of testing and checking. It can not damage or affect the function of the testing object and it can not ruins the internals of object. Use the unusual or bug of internal structure, caused by heat, sound, light, electric and magnetic, with physical or chemical methods or with using advancing technology and equipment, it tests something we need. Also it check and test obeject’s strcture, properties, status, type, quality, quantity, shape, location, size, distribution, change and so on. Ultrasonic testing is one of the methods of nondestructive testing. Long ago, the pipeline testing and detection of defects have a lot of bugs. But now with the development of the technology and economy, it must be more accurately in testing. So ultrasonic testing is coming. This design use STM32 microcontroller to deal with the data and transmit the data to computer by the Bluetooth. This is the function of online data collecting. The design of mechanical structure, schematic diagram and upper monitor, they all achieve better control effect. Driving in the underground pipeline detection system in front of the gear motor rotate through three ultrasonic probe can detect signal well, rotation a week is to ensure signal integrity detection, it can detect every pipeline information. Key Words: Nondestructive testing; ultrasonic; microcontroller 目 录 引 言 8 第1章 绪论 9 国内外研究背景介绍 9 1.2 整体设计思路 9 第2章 理论根底及设计原理 10 2.1 设计需要的理论根底 10 2.2 超声检测系统根本原理 10 超声波介绍 10 超声检测 10 2.3 单片机原理 11 第3章 硬件电路整体设计 13 系统硬件电路整体设计 13 重要元器件选用 13 单片机选型 13 供电电源选型 15 蓝牙模块选型 15 第4章 硬件电路模块设计 17 绘图软件的介绍 17 单片机最小系统 17 单片机电源电路 18 电机电源电路 19 信号采集电路 19 减速电机驱动电路 19 第5章 软件系统设计 21 系统控制总体流程图 21 编程软件介绍 22 5.2.1 Keil介绍 22 5.2.2 VS2023介绍 22 在线采集子系统程序设计 22 5.3.1 AD采集程序 22 5.3.2 数据处理程序 25 5.3.3 PWM控制程序设计 26 5.3.4 上位机设计 26 结论与展望 28 致谢 29 参考文献 30 附录 31 引 言 随着石油和天然气成为现在的主要能源之一，它的输送方式是通过管道传输的。目前为止，这是最为平安和经济的方式。然而，管道的输送也会发生故障。最近几年，国内外出现的大大小小的管道事故都很严重，造成了很多无法挽回的损失，给人民的生命财产平安带来隐患。 国内外专家通过研究发现，管道发生事故和管道使用的时间长短及对它的检测有着很大的关联。研究说明，在管道使用的早期和晚期是事故发生的高危时间段，特别是晚期，管道发生事故的可能性随着使用时间长短的增加而增加，这就需要我们对管道进行周期性检测，以延长其使用年限并且节省大量的人力物力。根据对管道的维护策略，分为被动维护和主动维护。被动维护是等待管道发生事故之后才进行维护，这样的话很多事故依然难免发生，造成难以想象的后果。主动维护是在掌握管道状况的根本情况下，对其进行定期的检测，虽然这样也要消耗很多人力物力，但是总体来说比被动检测要好很多，很大程度上的防止了事故的发生。 为了防止这类管道事故的继续发生，在主动检测的根底上，出现了很多新兴的检测技术和方法，使检测管道的水平不断提高，其中超声波检测就是很好的一种方法，通过超声波对管道内厚度和损伤进行探查，同时不对管道造成任何损伤，是今后管道检测技术的开展方向。 第1章 绪论 国内外研究背景介绍 随着世界管道检测技术的迅速开展，人们对超声波检测的市场需求也进入了日益成熟的阶段。目前的管道运输形式主要有两种：地下管道运输和地上管道运输。地下管道运输又分为埋地管道运输和海底管道运输。不管是埋地管道运输还是海底管道运输，他们都会受到环境的影响，而且在管道外检测的施工难度巨大，只能依靠先进的技术在管道内进行检测。地上管道运输检测相对简单，可以手动在管道外进行检测，施工难度较小。1965年国际著名的管道检测公司TUBOSCOPE史无前例的采用了漏磁检测器对管道的内部进行检测。在1973年英国天然气公司British Gas使用了漏磁检测器对一条直径60cm的管道内部进行检测后，新型的检测技术如雨后春笋般产生出来。同样的在国内也有很多高等院校和研究所在管道超声波检测系统上进行了深入的研究，可是在应