超聲波多普勒效應測速儀的設計-wenkub
2023-01-28 19:04:12 本頁面
【正文】 以直接選擇頻率為測量對象，這樣可直接的驗證上述原理。從成本指標來看，水波最為廉價，聲波其次，光波則偏高。本實驗測量對象定為運動物體的速度。波源選擇不同，其對應的檢測方法不同，難度也不一樣。由此可知，這一實驗設計的基本任務必須立足幾點：（1）波源選擇。這就要求設計人性化，易于交互，原理明確，測量準確。價值包括其經濟價值、社會價值、學術價值和藝術價值等。從題目命題來看，目的非常明確，就是設計一個實驗使之能觀測多普勒效應并能測定相關物理量。嘉應學院 物理與光信息科技學院超聲波多普勒效應測速儀一、題目分析本設計為本次實驗設計大賽基礎題，其設計的原理基于多普勒效應。實現(xiàn)這個基本點的基礎上，要求體現(xiàn)作品的物理創(chuàng)新思想與實用性。這里要求設計能夠體現(xiàn)物理創(chuàng)新思想，即意味著設計需要另辟蹊徑，走一條新路子。性價比指標則要求控制成本，在實現(xiàn)同樣的功能前提下其成本更加低廉。多普勒效應是一切波動過程的共同特征，它適用的對象是波。（2）設置合適的接收裝置，便于觀測和定量分析。二、方案論證根據(jù)題目分析，可選波源基本上是水波、聲波與光波三種波源之一。如果能很好的控制水波波源的穩(wěn)定，可實現(xiàn)物美價廉的設計目標。通常的測量方法多為利用電路得到頻移信號，并通過存儲示波器測量該頻移量[1]。原因之一在于超聲波已經廣泛的應用于生活，如運動測速和彩超。而如果選擇光為對象，我們的理解是其投入的成本明顯增加，難度也加大。根據(jù)原理，直接確定測量的物理量：頻率。在此，采用發(fā)射裝置動，測量裝置靜止的方法進行測量。方案的組成超聲波多普勒實驗設計方案主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、信號調理模塊、單片機控制系統(tǒng)和顯示輸出模塊等構成。通過頻率的測量來觀測其頻移現(xiàn)象，同時定量計算出待測物體的運動速度。本設計完全基于大學所學電子技術與單片機等內容展開。方案一：對稱式/非對稱式多諧振蕩器；方案二：由施密特觸發(fā)器構成多諧振蕩器；方案三：利用晶振構成振蕩電路；方案四：利用555定時器構成多諧振蕩器。為增強發(fā)射信號的強度，采用推挽輸出。一是將單片機的定時器T1/T0分別作為定時器與外部脈沖計數(shù)輸入，通過軟件的方法完成頻率的測量與分析；另一種采用分頻器與計數(shù)器相結合的方法實現(xiàn)頻率計數(shù)，計數(shù)結果交由單片機處理。具體實施時采用了另一種方案：將光電門與外部中斷結合，控制定時器與計數(shù)器的運作。考慮到需要實現(xiàn)時間與脈沖計數(shù)兩個物理量的數(shù)據(jù)顯示功能，選用LCD顯示，以簡化電路設計。sT充= x ( R1+ R2 ) x C1= x x 103 x 1000 x 1012= 11 181。實際使用時，我們選用了9V電池作為電源。為保證信號接收可靠，采用兩級放大到1000倍左右。采用專用音頻功放集成電路，其電路則更為簡單，所需元件也較少。整型電路可以選用開關電路或者過零電壓比較器實現(xiàn)。運用圖8接收電路仿真結果圖8：接受電路驅動仿真結果頻率計數(shù)器頻率計主要借助單片機來實現(xiàn)。將T0配置為計數(shù)器，信號從該引腳輸入，而將T1配置為定時器，設定計時長度以控制門控位，進而實現(xiàn)脈沖計數(shù)。方案二則利用硬件計數(shù)器實現(xiàn)頻率計數(shù)。其計數(shù)長度則更大，可測量頻
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