超聲波多普勒效應(yīng)測(cè)速儀的設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)
【正文】 科技創(chuàng)新中心 四、 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 任務(wù) 單片機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)有：實(shí)現(xiàn)信號(hào)源頻率的測(cè)定與顯示；實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)頻率的檢測(cè)與顯示。供手工計(jì)算信號(hào)頻率 f0。 （ 4）讀取 100ms 內(nèi)的脈沖數(shù)。 ? 注意用電安全。 通過上述數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可知該裝置的測(cè)量精度較高 。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 17 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 參考文獻(xiàn) [1] 李光仲 ， 劉俊英 ， 閆 鵬 等， 基于數(shù)字存儲(chǔ)示波器的超聲多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 [J]. 大學(xué)物理 . 2021, Vol. 28(12),P3335. [2] 郭天祥 . 新概念 51 單片機(jī) C 語言教程－入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， [3] 童詩白，華英成 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） [M]. 北京：高等教育出版社， [4] 孫存英 ,俞嘉隆 ,喬衛(wèi)平 . 超聲波探測(cè)技術(shù)原理實(shí)驗(yàn) [J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) . 2021， ： P13. [5] 李光仲 ,劉俊英 . 基于模擬乘法器的超聲多普勒黏度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) [J]. 物理實(shí)驗(yàn) . 2021， ： P47 。 測(cè)試結(jié)果 表 2 兩光電門之間的距離 測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 長(zhǎng)度 cm 平均距離 cm 表 3 超聲波聲源頻率 測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率 Hz 38970 38970 38980 38980 39000 38990 平均值 Hz 表 4 聲源遠(yuǎn)離時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)與分析結(jié)果 時(shí)間 ms 302 296 305 298 306 311 308 脈沖數(shù) 11745 11520 11868 11590 11872 12106 11984 計(jì)算速度 m/s 平均速度 A 類不確定度 = B 類不確定度 = 合成不確定度 = 速度 =177。 （ 5） 計(jì)算不確定度，分析誤差來源。 （ 2） 打開頻率計(jì)及超聲波發(fā)射器開關(guān)。兩種模式的資源配置與控制見表 所示。 LED 指示燈 用以 指示 T1/T0 的工作狀態(tài)，便于實(shí)驗(yàn)人員掌握它們的運(yùn)行狀況，判斷是否按照控制要求工作 。具體電路見單片機(jī)系統(tǒng)。 方案二則利用硬件計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)。 運(yùn)用圖 8 接 收 電路仿真結(jié)果 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 9 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 圖 8：接受電路驅(qū)動(dòng)仿真結(jié)果 頻率計(jì)數(shù)器 頻率計(jì)主要借助單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 采用專用音頻功放集成電路，其電路則更為簡(jiǎn)單，所需元件也較少。 實(shí)際使用時(shí)，我們選用了 9V 電池作為電源?？紤]到需要 實(shí)現(xiàn) 時(shí)間與脈沖計(jì)數(shù) 兩 個(gè) 物理量的數(shù)據(jù)顯示功能，選用 LCD 顯示 ，以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì) 。 一是將單片機(jī)的定時(shí)器 T1/T0 分別作為定時(shí)器與外部脈沖計(jì)數(shù)輸入， 通過軟件的方法完成頻率的測(cè)量與分析； 另一種 采用分 頻 器與計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果交由單片機(jī)處理。 方案一： 對(duì)稱式 /非對(duì)稱式多諧振蕩器； 方案二： 由 施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器； 方案三： 利用晶振 構(gòu)成振蕩電路 ； 方案四：利用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。通過頻率的測(cè)量來觀測(cè)其頻移現(xiàn)象，同時(shí)定量計(jì)算出待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度。 在此，采用發(fā)射裝置動(dòng)，測(cè)量裝置靜止的方法進(jìn)行測(cè)量。而如果選擇光為對(duì)象，我們的理解是其投入的成本明顯增加 ，難度 也 加大 。 通常的測(cè)量方法多為利用電路得到頻移信號(hào)，并通過存儲(chǔ)示波器測(cè)量該頻移量 [1]。 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。 多普勒效應(yīng)是一切波動(dòng)過程的共同特征， 它適用的對(duì)象是波 。這里要求設(shè)計(jì)能夠體現(xiàn)物理創(chuàng)新思想，即意味著設(shè)計(jì)需要另辟蹊徑，走一條新路子。嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 1 學(xué)生
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