【正文】 34。f1=1*10^3。c=1500。grid on。N=409639。)。ylabel(39。頻率/kHz39。figure(1)plot(f,mag)。mag=abs(y1)。t=1:128。N=4096。濾波后的波形39。subplot(3,1,3)。低通濾波器39。plot(W,abs(H))。y=filter(B,A,x)。[B,A]=butter(N,wc)。)。title(39。subplot(3,1,1)。Rp=1。wp=2*9/fs。t=1/fs:N。附錄對于信號進行處理的整個程序如下：fs=30。[19] 袁波,楊衍明,高精度測量中選頻網(wǎng)絡(luò)及超聲信號的放大電路,電子技術(shù)， 1997年第4期,PPS一9。[17] 閻秀蘭、郎文鵬編著,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的放大器,1982年,機械工業(yè)出版社。[15] 應(yīng)懷樵編著,波形和頻譜分析與隨機數(shù)據(jù)處理,1985,中國鐵道出版社。[13] 雷繼堯、何世德、王嘉深編著,工程信號處理技術(shù),1990,重慶大學(xué)出版社。[11] 吳湘淇編著,信號、系統(tǒng)與信號處理,1996,電子工業(yè)出版社。[9] 錢壽宇等著,微機通訊技術(shù),1992,電子科技大學(xué)。[7] 樓順天等著,MATLAB程序設(shè)計語言,1997,西安電子科技大學(xué)出版社。[5] 丁玉美等著,數(shù)字信號處理,1994,西安電子科技大學(xué)出版社。[3] 萬明習(xí)等著,醫(yī)學(xué)超聲學(xué),1992,西安交通大學(xué)出版社。參考文獻(xiàn)[1] 高西全等著，數(shù)字信號處理，2008，西安電子科技大學(xué)出版社。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。我不是您們最出色的學(xué)生，而您們卻是我最尊敬的老師。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。沿著這個方向來改進系統(tǒng)，對系統(tǒng)的信號進行處理，再結(jié)合水聲物理、流體的分布、傳感器以及傳感器的安裝等方面的研究，相信在不久的將來，就可以設(shè)計出一個具有更高精度的多普勒超聲波流量計?？偟膩碚f，超聲波流量計信號處理是一項比較重要的工作。本文介紹了仿真軟件MATLAB，而且對于在利用軟件編程實現(xiàn)信號處理過程中要用到的理論知識，例如FFT、采樣以及基于MATLAB數(shù)字低通濾波器的設(shè)計和實現(xiàn)進行了介紹。通過STM32F103CBT6芯片對超聲波流量計接收到的信號進行AD轉(zhuǎn)換，采樣以及FFT，然后通過串行接口驅(qū)動LED顯示，使結(jié)果最終顯示在液晶顯示屏上。從多普勒超聲波流量計測量的過程來看，對于超聲波流量計信號處理的模塊在整個超聲波流量計的設(shè)計中是至關(guān)重要的。在多普勒超聲波流量計的使用過程中，其對信號的處理有著很高的要求。運行的結(jié)果如下：ma=I=401f=u= 從程序運行的結(jié)果可以看出，經(jīng)過FFT之后找出多普勒最大峰值所對應(yīng)的點數(shù)，結(jié)果是I=401，接著計算出多普勒超聲波流量計的頻移是f=，最后計算出被測流體的流速大小是u=。f1=1*10^3。c=1500。grid on。N=409639。)。ylabel(39。頻率/kHz39。figure(1)plot(f,mag)。mag=abs(y1)。t=1:128。N=4000。仿真的結(jié)果如下： 圖44 經(jīng)過FFT后信號的頻譜圖 找出相應(yīng)的頻偏值并計算出流體流速對信號進行了濾波，fft之后，就能夠得到其功率譜圖，通過適當(dāng)?shù)木幊虒崿F(xiàn)在圖中得到最高點所對應(yīng)的采樣點數(shù)的值，完了再結(jié)合譜的分辨率計算出多普勒頻移，最后通過超聲波流量計流量的計算公式算出被測流體的流量。)。title(39。振幅39。)。xlabel(39。f=n*fs/N。y1=fft(y,N)。n=0:N1。)輸入的波形以及濾波后的波形： 圖43 接收到的信號的波形以及濾波后信號的波形顯示 基于MATLAB對信號進行FFT% 對信號進行采樣以及fft處理% fs=30。plot(t,y)title(39。)。title(39。subplot(3,1,2)。[H,W]=freqz(B,A)。[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)。輸入信號39。plot(t,x)。As=30。ws=2*11/fs。x=5*sin(2*pi*10*t)+5*sin(2*pi**t)+5*sin(2*pi**t)。N=4096。)。title(39。Figure（1）。[B,A]=butter(N,wc)。As=30。ws=2*11/fs。t=1:128。%低通濾波器的程序fs=30。所以，對于信號處理的程序設(shè)計流圖如下： 數(shù)據(jù)采集 濾波 FFT 計算頻偏、流體的流速值 輸出 圖41 對信號進行處理的流程圖 對信號進行濾波 本文中對于超聲波流量計接收到的信號進行了濾波，濾波器采用的是巴特沃斯低通濾波器。 基于MATLAB中對信號進行處理的流程 先用MATLAB來對信號進行數(shù)字濾波，接著對濾波后的信號進行FFT操作，完了輸出得到的頻譜圖信號，使其最終顯示在液晶顯示屏上。 （7）專用模型庫（Blocksets）；Simulink的模型庫可以使用專用模塊集進一步擴展。 （6）與MATLAB和工具箱集成在一起；因為Simulink能夠直接利用MATLAB的數(shù)字、編程以及圖形功能，所以用戶可以直接在Simulink下完成數(shù)據(jù)分析，過程自動化，優(yōu)化參數(shù)等的工作。 （5）能夠擴充和定制。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)還可以用“加速模式”將模型編譯后再運行。Simulink框圖提供了具有很強交互性的線性/非線性的仿真環(huán)境。Simulink提供了大量的功能塊，這就方便了用戶快速的建立動態(tài)系統(tǒng)模型；建模時采用鼠標(biāo)操作方式，而且可以通過對模型功能有機的劃分，將組成若干子系統(tǒng)建立多級結(jié)構(gòu)化模型。MATLAB的交互仿真，可以立即條用參數(shù)和顯示結(jié)果；對于不同的系統(tǒng)可以設(shè)置不同的積分方法；方便準(zhǔn)確的模型線性化手段；Monte Carlo仿真；求解穩(wěn)態(tài)解，并且確定穩(wěn)態(tài)平衡點；特殊功能的子程序；邏輯流程子系統(tǒng)以及條件執(zhí)行子系統(tǒng)；運行時模型系統(tǒng)。對模塊、模型、信號和系統(tǒng)端口的設(shè)置的標(biāo)簽，使得框圖更加清晰，更加簡潔。通過“子系統(tǒng)”進行結(jié)構(gòu)化建模，也可以由模型瀏覽器看各個層次。 Simulink具有完整的功能模塊苦，可以用來建立單入單出，多入多出，離散/連續(xù)/混雜的以及多速率系統(tǒng)。也是一個通過鼠標(biāo)拖放的方式建立所需系統(tǒng)的框圖模型的圖形交互平臺。可以對很多種的動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真以及分析，建模的范圍比較廣，能夠?qū)θ我饽軌蛴脭?shù)學(xué)描述的系統(tǒng)來進行建模。因此，MATLAB軟件廣泛的應(yīng)用于下面的領(lǐng)域：數(shù)學(xué)建模與分析、信號的處理、圖像處理與地理信息。MATLAB內(nèi)置工具箱完全是全用戶化的，具有很強的可擴展性。（6） 特殊應(yīng)用工具箱。下拉和彈出式的菜單；應(yīng)用程序向?qū)Ш喕拈_發(fā)步驟；多界面的元素按鈕；檢查框；選項框；滑塊以及可編輯的文本框；利用調(diào)回函數(shù)響應(yīng)用戶的操作。具有靈活的開發(fā)性能，可以與C、C ++ 、Java、Fortran、COM組件及Excle集成使用。多維向量以及用戶自定義的結(jié)構(gòu)?；旧纤械腗ATLAB工具箱的函數(shù)都是通過使用這個M語言開發(fā)的。MATLAB有一種簡單容易使用的算法開發(fā)語言—M語言。例如：JPEG、BMP、AVI、TIFF等；軟件支持的OpenGL渲染；多種光源的設(shè)置、照相機以及透視控制；能夠打印或?qū)С鰯?shù)據(jù)的圖形文件到其他的應(yīng)用程序中去，例如Word and PowerPoint，完成開發(fā)結(jié)果的共享。包括：二維、三維繪圖，包括直線圖、封閉折線圖、網(wǎng)線圖、散點圖、極坐標(biāo)圖、直方圖等多樣的數(shù)據(jù)可視化方法。（2） 數(shù)據(jù)的可視化。通過使用以矩陣、向量作為基本的運算單元的MATLAB進行數(shù)字計算是加法算法開發(fā)的有效途徑，并且MATLAB提供的數(shù)學(xué)算法它凝聚了世界上很多科學(xué)家的辛勤的勞動，可以保證數(shù)學(xué)計算結(jié)果的精確。使用這些函數(shù)對問題進行分析和解答，不管是提出問題還是結(jié)果的表達(dá)都能采用大家習(xí)慣的數(shù)學(xué)描述方式，這個特點使MATLAB成為了算法開發(fā)、數(shù)學(xué)分析以及應(yīng)用程序開發(fā)的良好環(huán)境。MATLAB軟件明顯的特點是編程的效率比較高、計算能力比較強、使用簡便并且易于擴充。其中MATLAB主程序又包括MATLAB語言、工作環(huán)境、數(shù)學(xué)函數(shù)庫、句柄圖形以及應(yīng)用程序接口五部分；Simulink主要用于動態(tài)系統(tǒng)的交互式系統(tǒng)，其允許用戶在屏幕上通過繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，同時能夠動態(tài)的控制這個系統(tǒng)；工具箱實際上就是用MATLAB基本語句編寫成的各種子程序的集合和函數(shù)庫，用來實現(xiàn)某一類的算法或者解決某一方面的特定的問題，其是開放性的，可以使用同時也能根據(jù)自己的需求進行擴展。而且使用MATLAB產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，能夠非常容易的對MATLAB的功能進行夸大，在不斷地神話對問題認(rèn)識的同時，不斷地完善MATLAB以提高產(chǎn)品的自身競爭能力。是一種比較科學(xué)的計算軟件，是以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)的。綜上所述，采樣定理如下： （1）對于連續(xù)信號進行等間隔采樣形成采樣信號，采樣信號的頻譜是被采樣連續(xù)信號的頻譜以采樣頻率為周期進行周期的延拓得到的； （2）如果連續(xù)信號是帶限信號，且采樣的角頻率大于等于2倍的最高截止頻率 ，那么采樣信號通過一個增益為T，截止頻率為的理想低通濾波器可以唯一的恢復(fù)出原來連續(xù)信號，否則就會造成采樣信號的頻譜混疊現(xiàn)象，就不能無失真的恢復(fù)出連續(xù)信號。一個信號的頻譜在區(qū)間（）以外為零的頻帶有限信號，可以唯一的通過在均勻間隔上的樣點值確定。） （2）取樣頻率不能太低，必須滿足。為了保證采樣后信號的頻率形狀不發(fā)生失真，所以采樣頻率必須大于信號中最高頻率的兩倍，稱之為采樣定理。 采樣頻率的選取模擬信號經(jīng)過（A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程成為采樣。