【正文】 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 47 頁(yè) 超聲波流量計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （ 陜 西 理工 學(xué)院 電信 工程 系 電子信息工程 專業(yè) ,2021級(jí) 1班，陜西 漢中 723004） 指導(dǎo)教師： [摘要 ] 超聲波流量計(jì)是利用超聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量流量的計(jì)量?jī)x表，并且 以 其 非接觸式的測(cè)量、高精 度等特點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥、水資源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì) 利用 時(shí)差法超聲波流量計(jì)原理 ， 針對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量精度容易受溫度影響的問(wèn)題，利用改進(jìn)型算法避免溫度對(duì)測(cè)量精度的影響 。 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 時(shí)選擇了一些基本電路 設(shè)計(jì)了以下電路： 超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路， LED 顯示電路， 主從單片機(jī)電 路， 電源電路以及存儲(chǔ)電路 等 ， 成功實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)流量的測(cè)量與輔助功能的實(shí)現(xiàn) ， 總的來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)具有 精度高、測(cè)量范圍大、安裝方便、測(cè)試操作簡(jiǎn)單等 特點(diǎn)。另外， 本次設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)適用于管道和明渠流量測(cè)量 ,適合 測(cè)量 的 流體：水或其它雜質(zhì)較少的液體 ,管徑或明渠寬度： ～ 20m,流速： ～ 12m/s。 [關(guān)鍵詞 ] 超聲波流量計(jì)；單片機(jī)；時(shí)差法； The Design of Ultrasonic Flow Meter System Fan Weijia (Grade 04,Class 1,Major electronics and information engineering， Electronics and information engineering Dept.， Shaanxi University of Technology， Hanzhong 723000， Shaanxi) Tutor: Qin Wei [Abstract]: Ultrasonic flowmeter is the use of ultrasonic wave propagation characteristics in the fluid to measure the flow rate measuring instruments, and its noncontact measurement, high accuracy and other characteristics in industrial production, medicine, water and other fields have a wide range of applications. This design uses the principle of transittime ultrasonic flowmeter, ultrasonic flowmeter for measurement accuracy easily affected by temperature problems using the improved algorithm to avoid the effect of temperature on the measurement accuracy. Design system selected some basic circuit design of the following circuits: ultrasonic transmitter circuit ultrasonic receiver circuit, LED display circuit, masterslave microcontroller circuit, power circuit and a memory circuit, successfully realized its measurement and accessibility of instantaneous flow, Overall, this design ultrasonic flowmeter has high accuracy, wide measuring range, easy installation, simple test operation. In addition, this ultrasonic flowmeter design suitable for pipes and open channel flow measurement, suitable for measuring fluid: water or other impurities, less liquid, open channel diameter or width: ~ 20m, flow rate: ~ 12m / s. [Key words]: Ultrasonic flowmeter。 single chip microputer。 time difference method。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 47 頁(yè) 目錄 1 引言 ....................................................4 選題的目的及研究意義 ...................................... 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................... 4 論文研究的主要內(nèi) 容 ........................................ 5 2 設(shè)計(jì)方案及工作原理 .......................................7 方案一 ................................................... 7 多普勒超聲波流量計(jì) ............................................................................... 7 方案二 ................................................... 8 傳統(tǒng)時(shí)差法 .............................................................................................. 8 改進(jìn)時(shí)差法的原理和優(yōu)點(diǎn) ...................................................................... 9 方案確定 .................................................. 9 3 時(shí)差法超聲波流量計(jì)的總體設(shè)計(jì) .............................10 超聲波換能器的結(jié)構(gòu)及原理 ................................. 10 超聲波換能器安裝方式簡(jiǎn)介 ................................. 10 時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量原理及影響測(cè)量的主要因素 ............ 11 4 時(shí)差法超聲波流量計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì) .........................14 整體硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 ..................................... 14 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) ....................................... 14 超聲波接收電路設(shè)計(jì) ....................................... 15 超聲波順逆流發(fā)射和接收控制電路設(shè)計(jì) ....................... 17 計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì) ........................................... 17 LCD12864 顯示電路設(shè)計(jì) .................................... 18 參數(shù)輸入電路設(shè)計(jì) ........................................ 19 主從單片機(jī)之間的電路設(shè)計(jì) ................................. 20 單片機(jī)的選擇 ........................................................................................ 20 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 47 頁(yè) 電源電路 ................................................ 21 存儲(chǔ)電路 ............................................... 22 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...........................................24 主單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) ......................................... 24 從單片機(jī)程序設(shè)計(jì) ......................................... 24 主從單片機(jī)之間總體設(shè)計(jì) ................................... 25 INT0 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì) .................................. 26 鍵盤子程序 .............................................. 26 鍵盤掃描主程序流程圖 ......................................................................... 26 按鍵預(yù)處理子程序流程圖： .................................................................. 27 鍵值處理子程序流程圖 ........................................................................ 28 超聲波換能器收發(fā)射電路控制子程序設(shè)計(jì) ..................... 29 6 系統(tǒng)誤差分析 ...........................................31 數(shù)據(jù)結(jié)果 ................................................ 31 誤差產(chǎn)生因素 ............................................ 31 管徑 ....................................................................................................... 31 聲束進(jìn)入流體介質(zhì) 的折射角 ................................................................. 31 傳播延時(shí) ................................................................................................ 31 流體的純凈度 ........................................................................................ 32 系統(tǒng)硬件的性能 .................................................................................... 32 7 系統(tǒng)軟件的仿真和調(diào)試 ....................................33 致謝 ....................................................34 參考文獻(xiàn) ................................................35 附件一：電路圖 ...........................................36 附件二：主單片機(jī)程序 ......................................37 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 47 頁(yè) 1 引言 選題的目的及研究意義 由于目前國(guó)內(nèi)還有大部分的液體流量計(jì)是用傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量法，但是接觸式流量流速測(cè)量具有十分明顯及普遍的缺點(diǎn)：受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響十分大，并且難以檢測(cè)到強(qiáng)腐蝕性、 非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)流量的測(cè)量，目前的工業(yè)流量測(cè)量普遍存在著大管徑、大流量測(cè)量困難的問(wèn)題，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)接觸式流量計(jì)會(huì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來(lái)制造和運(yùn)輸上的十分困難，關(guān)鍵是造價(jià)的提高、使用能量損耗加大、安裝維護(hù)困難等等因素使得廠家們與顧客急于尋找一種新的流量測(cè)量方法來(lái)減少種種環(huán)境或材料等因素對(duì)測(cè)量的影響。 本設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)超聲波在水中的傳播特性、超聲波傳感器工作機(jī)理分析設(shè)計(jì)一種基于超聲波測(cè)量原理測(cè)量流量的儀器，并且針對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量精度容易受溫度影響的問(wèn)題，利用改進(jìn)型算法避免溫度對(duì)測(cè)量精度的影響， 使得本次設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)適用于管道