【正文】 ...................................................................................... 27 主單片機(jī) 的作用及選擇 ........................................................................................... 28 顯示電路 ................................................................................................................... 28 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)和原理 ............................................................................. 28 共陰極 LED 結(jié)構(gòu)及靜態(tài)顯示原 理 ............................................................... 28 鍵盤電路 ................................................................................................................... 30 看門狗電路 ............................................................................................................... 31 主單片機(jī)與從單片機(jī)的通信接口 ......................................................................... 32 主從單片機(jī)通信的作用 .............................................................................. 32 主從單片機(jī)的連接方法 .............................................................................. 32 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 34 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總述 ................................................................................................... 34 主單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 34 從單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 35 從單片機(jī)的軟件流程圖 ................................................................................ 35 主從單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序流程 ........................................................................... 36 鍵盤子程序 ............................................................................................................... 37 鍵盤行列掃描主程序流程圖 ........................................................................ 37 鍵盤掃描子程序流程圖 ................................................................................ 38 按鍵預(yù)處理子程序流程圖 ............................................................................ 39 按鍵處理子程序流程圖 ................................................................................ 39 超聲波換能器發(fā)射接收切換控制流程圖 ............................................................... 41 設(shè)計(jì)程序仿真調(diào)試過程 ........................................................................................... 41 結(jié) 論 .................................................................................................................................... 43 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................................... 44 附 錄 A ................................................................................................................................... 46 附 錄 B ................................................................................................................................... 47 致 謝 ...................................................................................................................................... 62 第一章 概述 超聲的相關(guān)概念 超聲的相關(guān)概念 我們生活的世界充滿了各種聲信號，人們可聽到的聲音頻率為 20Hz 一 20KHz，即為可聽聲波，超出次頻率范圍的聲音，即 20Hz 以下的聲音稱為低頻聲波；頻率高于人類聽覺上限頻率 (約 20KHz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。聲波的速度越高，越與光學(xué)的某些特 性如反 射定律、折射定律 相似。 由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同，聲波的波形也不同 ，一般分為橫波、縱波和表面波。質(zhì)點(diǎn)振動方向與傳播方向一致的波，稱為縱波， 它能在固體、液體和氣體中 傳播；質(zhì)點(diǎn)的振動方向與傳播方向相垂直的波，稱為橫波，它只能在固體中傳播； 質(zhì)點(diǎn)的振動介于縱波和橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S著深度的增加而迅 速地衰減，稱為表面波， 表面波只在固體地表面?zhèn)鞑ァ? 超聲的研究發(fā)展和應(yīng)用 超聲的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。 1883 年 Galton首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成 氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和液哨等機(jī)械型超聲換能器。由于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進(jìn)，至今仍廣泛地用于對流體媒質(zhì)的超聲處理技術(shù)中。 20 世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制成各種機(jī)電換能器。 1917 年，法國物理學(xué)家朗之萬 (paulLangevin)用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。隨著軍事和國民經(jīng)濟(jì)各部門中超聲應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動型、 電磁力 型、靜電型等多種超聲換能器。 材料科學(xué)的發(fā)展，使得應(yīng)用最廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機(jī)電藕合系數(shù)高、價(jià)格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜 (PVDF)等。產(chǎn)生和檢測超聲波的頻率，也由幾十千赫提高到上千兆赫。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴(kuò)大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。如頻率為幾十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷達(dá)、電子通信和成像技術(shù)等方面。 流量計(jì)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 數(shù)千年前，人們?yōu)榱诉m應(yīng)農(nóng)業(yè)灌溉和水利的需要，就已經(jīng)開始關(guān)注流量測量問題，古埃及就已經(jīng)出 現(xiàn)了堰的雛形 [1]。 在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，流量測量儀表是工業(yè)自動化儀表和裝置中的大類儀表之一，在各方面有廣泛的應(yīng)用，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、節(jié)約能源、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，無論在商業(yè)貿(mào)易和工業(yè)生產(chǎn)中，對流體流量計(jì)量的需求都在不斷增長 [2]。 流量計(jì)在國外的發(fā)展較快，幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國家均有相當(dāng)數(shù)量的流量儀表生產(chǎn)廠家，有專業(yè)生產(chǎn)多品種的流量儀表的綜合大型企業(yè)，也有專業(yè)生產(chǎn)品種單一性能獨(dú)特的流量儀表小型企業(yè)，數(shù)量上以后者居多。目前美國有 200 余家，英國、德國和日本也均有 50家以上，我國有 250 家 以上。 我國開展近代流量測量技術(shù)方面的工作較晚，早期所需流量計(jì)均從國外進(jìn)口，直到 20 世紀(jì) 30 年代中期才出現(xiàn)光華精密機(jī)械廠所制造的家用水表， 20 世紀(jì) 50 年代初有了新成儀表廠所開發(fā)的文丘里管差壓流量計(jì)。 20 世紀(jì) 60 年代開始有了渦輪流量計(jì)和電磁流量計(jì)等本國產(chǎn)品?，F(xiàn)在已形成一個(gè)相當(dāng)規(guī)模從事流量測量技術(shù)和儀表研究開發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)。我國 1990 年流量儀表產(chǎn)量（不包括家用燃?xì)獗砗图矣盟恚┕烙?jì)超過 25 萬 臺 [3][6]。 流量計(jì)的分類及特點(diǎn) 照目前最流行、最廣泛的分類法，即分為 :容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦 輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)。 以上為按照較傳統(tǒng)的測量原理設(shè)計(jì)的流量計(jì)量儀表，現(xiàn)在還出現(xiàn)了幾種新工作原理的流量儀表，如靜電流量計(jì)、復(fù)合效應(yīng)流量儀表、轉(zhuǎn)速表式流量傳感器等 [7]。由上述可知，流量計(jì)發(fā)展到今天雖已日趨成熟，但其種類仍然極其繁多，至今尚無一種對于任何場合都適用的流量計(jì)。每種流量計(jì)都有其適用范圍，也都有局限性，這就要求我們能在現(xiàn)有知識與技術(shù)基礎(chǔ)上，研制新型儀表，提高精確度等指標(biāo)，使其在現(xiàn)有基礎(chǔ)上更加完善。超聲波流量計(jì)由于其自身特點(diǎn)和其優(yōu)勢，具有開發(fā)及完 善的更大前景。 超聲波流量計(jì)概述 超聲波流量計(jì)的發(fā)展及現(xiàn)狀 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn) 超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動時(shí)對超聲束的作用，來測量體積流量的儀表。超聲波流量計(jì)作為一種非接觸式測量儀表，相對于傳統(tǒng)的流量計(jì)而言具有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)可作非接觸測量； (2)為無流動阻撓測量，無額外壓力損失； (3)原理上不受管徑限制，其造價(jià)基本上與管徑無關(guān)； (4)可測量固相含量較多或含有氣泡的液體，可測量非導(dǎo)電性液體，是電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充； (5)因易于實(shí)行與測試方法相結(jié)合，可解決一些特殊測量問題，如速度分布嚴(yán)重畸變測量 ，非圓截面管道測量等； (6)某些傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)附有測量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。 超聲波流量計(jì)由于具有以上的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)測量領(lǐng)域 [8]。 超聲波流量計(jì)兩種主要測量原理及對比 超聲波流量計(jì)的測量原理，大致可分為兩種：一種是利用超聲波的傳播速度隨流速變化而發(fā)生變化的原理來測量的超聲波時(shí)差法流量計(jì)；另一種是利用超聲波在有懸浮顆?；驓馀莸牧黧w的傳播過程中由于懸浮顆?；驓馀莸姆瓷涫蛊浒l(fā)生頻移的多普勒效應(yīng)來測量的多普勒流量計(jì)。 時(shí)差法流量計(jì)通過測量出超聲波沿順流方向和 逆流方向的時(shí)間差來計(jì)算流量；多普勒法將超聲波射束放射于與流體同一速度流動的微粒子，并接收從微粒子反射回來的反射波，測出多普勒頻率來測量流量。對于前者，只要是超聲波能夠透過的測量對象都能進(jìn)行測量，但不適宜測量混入非常大的且有妨礙物體（例如大量的雜物和氣泡）的流體；而多普勒流量計(jì)的測量原理則決定了它只適用于一些雜質(zhì)顆粒較大的場合 [9]。 時(shí)差法超聲波流量計(jì)主要應(yīng)用于單相液體的測量 ,而多普勒超聲波流量計(jì)則用于含有適量的固體顆粒或氣泡的多相流體的計(jì)量。例如 :煤漿、污水、漿體等含固體或雜質(zhì)較多的液體 ,通常不適于清潔流 體的測量。 因此，時(shí)差法比較適合于工業(yè)上潔凈用水的流量測量，多普勒法適合于雜質(zhì)較多且分布均勻的流體的流量測量 [10]。 第二章