超聲波多普勒效應(yīng)測速儀的設(shè)計-全文預(yù)覽
【正文】 四、軟件設(shè)計軟件設(shè)計任務(wù)單片機系統(tǒng)的任務(wù)有：實現(xiàn)信號源頻率的測定與顯示；實現(xiàn)運動時頻率的檢測與顯示。電位器的作用是設(shè)定光照強度臨界點。電路則相對簡單，見圖10所示。 圖9 兩種計數(shù)方案方案三：利用外部中斷和定時器，將光電門觸發(fā)外部中斷以控制定時器的運行與停止。如圖10所示，如果不計算161的輸出Q3..0的數(shù)值，則造成零頭誤差。對于不同的運動速度需要選用不同的測量時間，因此需要設(shè)定時長選擇模式。如圖9顯示了其中方案一與方案二兩種。當(dāng)放大后的信號為高電平時，Q1導(dǎo)通，輸出為低電平；反之為高電平。具體電路設(shè)計參考集成電路數(shù)據(jù)表得到。其中同相輸入端取電源電壓的一半，旨在設(shè)定直流偏置點以保證信號的正負(fù)半周都得到同樣的放大。電路仿真結(jié)果如圖5所示。如果選用電源為5V，則發(fā)射信號的峰峰值為10V。圖4 超聲波發(fā)射電路原理圖由555定時器構(gòu)成一個頻率為40KHz的多諧振蕩器，電阻R1選用電位器便于很好的調(diào)節(jié)頻率，以保證超聲發(fā)生器工作在其最佳頻率上。本設(shè)計中它主要完成信號頻率的測量、數(shù)據(jù)分析和測量結(jié)果的存儲與顯示。對于頻率較低的信號，采用前者其能較好的勝任；對高頻信號則需要增設(shè)外部硬件電路與軟件相結(jié)合來實現(xiàn)。主要完成信號的放大和整型，以完成其與單片機的對接。圖3 超聲波發(fā)射電路方案一考慮到555定時器的應(yīng)用極其廣泛，購買元器件也非常方便。需要一個信號發(fā)生器并提供足夠能力驅(qū)動超聲發(fā)射器電路即可。屬常規(guī)實驗測量手段與方法。具體系統(tǒng)框圖如圖2所示。本設(shè)計只需測量兩種工作狀態(tài)下的頻率即可完成測量任務(wù)。當(dāng)波源與觀察者都相對與介質(zhì)靜止時，測得的頻率即為波源的振動頻率。圖1a 超聲多普勒實驗系統(tǒng)框圖圖1b 實驗系統(tǒng)示意圖圖1 超聲波多普勒效應(yīng)測速原理圖實驗原理根據(jù)多普勒效應(yīng)，以介質(zhì)為參考系，并假設(shè)波源和觀察者之間的運動在兩者的連線上，則有下面規(guī)律：式中，v0__聲速；vs__波源相對于介質(zhì)的速度；vb__觀察者相對于介質(zhì)的速度。之二是：以水波為研究對象雖然直觀形象，但是它需要耗費大量的水。相較而言，采用直接測量頻率更為直接與直觀，相應(yīng)的代價卻較小，利用單片機系統(tǒng)即可勝任數(shù)據(jù)的存儲、處理與顯示。此外，由于處理物理信號沒有處理電信號那樣便捷，因此都將采用轉(zhuǎn)換電路，將物理信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行測量。從可操控性指標(biāo)而言，水波的操控性不易控制，聲波與光波相對較好。利用多普勒效應(yīng)可以測量物體的運動速度、液體的黏度[1]等。水波、聲波、光等都可以作為波源。多普勒效應(yīng)描述的是波源或觀察者，或者兩者同時相對于介質(zhì)有相對運動時，觀察者接收到的波的頻率與波源的振動頻率不同，即發(fā)生了頻移。實用性明確：操作簡易，可用于實驗教學(xué)。創(chuàng)新的一個基本認(rèn)識是：通過創(chuàng)造或引入新的技術(shù)、知識、觀念或創(chuàng)意創(chuàng)造出新的產(chǎn)品、服務(wù)、組織、制度等新事物并將其應(yīng)用于社會，以實現(xiàn)其價值的過程。要求：（1）突出實驗的物理原理；（2）體現(xiàn)作品的物理創(chuàng)新思想；（3）進(jìn)行不確定度分析；（4）操作簡易、可用于實驗教學(xué)；（5）性價比高。題目的任務(wù)為：設(shè)計與多普勒效應(yīng)相關(guān)的實驗，觀測其物理現(xiàn)象，基于實驗測量數(shù)據(jù)分析被
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