【正文】 ..................32 主程序 ......................................................................................................................32 超聲波接收子程序 ..................................................................................................34 顯示子程序 ..............................................................................................................36 鍵盤(pán)子程序 ..............................................................................................................37 計(jì)算子程序 ..............................................................................................................39 第五章 抗干擾處理 .................................................................................................................41 硬件抗干擾處理 ......................................................................................................41 軟件抗干擾處理 ......................................................................................................43 總結(jié) ...........................................................................................................................................44 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................45 致謝 ...........................................................................................................................................46 附錄 A.......................................................................................................................................47 附錄 B.......................................................................................................................................52華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 第一章 緒論 課題的背景和意義及任務(wù) 課題的背景意義 計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。 a vortex, because of the pressure gradient within the vortex and the vortex rotation, leading to ultrasonic refraction, reflection and absorption effects, so that the received signal through the beam, the received signal is back to , the ultrasonic frequency and amplitude changes in the frequency of vortex line, from the receiving transducer to detect changes in frequency ultrasonic beam amplitude can be measured wind speed values. Basic formula is: f = St * v / d f vortex frequency, Hz。因此，超聲波幅度變化頻率與旋渦的頻率一致，從接收換能器上檢測(cè)出超聲波束幅度變化次數(shù)即可測(cè)得風(fēng)速值。 超聲波檢測(cè)接收電路 壓電式超聲波換能器 S將收到的超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng) R R R C C6和 1/4 LM324組成的選頻放大電路放大后，送檢波電路 Dl、 C R10進(jìn)行包絡(luò)檢波，檢出渦街信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4 位共 陰極 LED 數(shù)碼管，段碼用 電阻器 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng)。因此不能滿足高效、快速、準(zhǔn)確的現(xiàn)代化軍事和長(zhǎng)時(shí)間工作、智能化數(shù)據(jù)處理的風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的需求。 本設(shè)計(jì) 采用壓電式超聲波換能器，使用 AT89S52 單片機(jī)作為控制器，完成了超聲波風(fēng)速測(cè)量 儀的軟硬件設(shè)計(jì)。 超聲波發(fā)射電路 發(fā)射電路主要由 555 定時(shí)器， 74LS123 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、放大環(huán)節(jié)， 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成， LM555 多諧振蕩器端口 3 輸出的 145kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng) 觸發(fā)電路，放大電路 后送到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。渦街信號(hào)在電壓比較器和 RC濾波電路構(gòu)成的整形濾波環(huán)節(jié)中與輸入的基準(zhǔn)電壓 1/2Vcc作比較，被整形為與風(fēng)速成正比的矩形波，信號(hào)周期隨檢波信號(hào)變化而變化。 基本計(jì)算公式為： vf Std? f—— 旋渦頻率， Hz ； v—— 氣流速度， m／ s ； d—— 旋渦發(fā)生體直徑， mm； St—— 斯特拉哈爾系數(shù) (雷諾數(shù)在 200～ 50 000 范圍內(nèi)， St 為常數(shù) )。 v flow velocity, m / s。流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、學(xué)研究有著密切的關(guān)系。 課題的任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波風(fēng)速測(cè)量?jī)x，要求測(cè)量范圍在 —— 100m/s，測(cè)量精確度，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。由于種種原因 ISO把不宜作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一些文件列為技術(shù)報(bào)告，例如得不到足夠支持率的文件，技術(shù)尚在發(fā)展還不夠成熟或作為參考資料提供等等，看來(lái)超聲波渦街流量計(jì)文件還不足夠成熟，暫時(shí)尚不能作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。在硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)超聲波在傳播時(shí)呈指數(shù)衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅(qū)動(dòng)能力，對(duì)回波進(jìn)行多級(jí)放大處理等措施，擴(kuò)大了測(cè)量的范圍。 因此，只要測(cè)出渦街產(chǎn)生的頻率 f，就可得出風(fēng)速 V： fSrmdV ? (22) 當(dāng) d和 St為定值時(shí)，旋渦產(chǎn)生的頻率，與流體的平均流速 V成正比，利用這一特 性制成了渦街流量計(jì)。 旋渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替發(fā)生的渦列會(huì)在發(fā)生體或檢測(cè)元件上產(chǎn)生交替的橫向推力，因此，測(cè)出由此引起的交變應(yīng)力的頻率也就等于檢測(cè)到了旋渦脫落頻率。很早以前人們便掌握了超聲波探傷與聲納的技術(shù)。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式 有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。 壓電式超聲波發(fā)生器原理： 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。因此，超聲波發(fā)射器一定要使用非常接近中心頻率的f0的交流電壓來(lái)激勵(lì)。如圖 24 圖 23 圖 24 2 指向特性 實(shí)際的超聲波傳感器中壓電晶片是個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成 1個(gè)振蕩源，輻射出一個(gè)半球面波（子波），這些子波沒(méi)有指向性。再經(jīng)濾波器濾波，最后由比較器整形和放大，就獲得頻率為渦街頻率 f的方波信號(hào)，最后使用計(jì)數(shù)電路進(jìn)行測(cè)頻和處理即可得出風(fēng)速值。 （ 6） 顯示及其報(bào)警等等。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。否則， ALE 將被微弱拉高。 基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。上節(jié)已對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。也可通過(guò)不同程序，用于測(cè)量結(jié)果符合一定條件時(shí)發(fā)出報(bào)警，如液位過(guò)高、過(guò)低，井深在某個(gè)范圍，等等。 圖 35 如圖所示，這部分電路主要包括： 1. 數(shù)碼管 U2。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) 如圖 36，是本設(shè)計(jì)采用的超聲波發(fā)射電路。 圖 37 圖 38 基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 設(shè)電容的初始電壓 cU ＝ 0， t＝ 0 時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端 VTH＝ VTL＝ 0 13 Vcc，比較器Ａ 1 輸出為高電平， A2 輸出為低電平，即 _ 1DR? ，_ 0DS ? （ 1 表示高電位， 0 表示低電位）， RS? 觸發(fā)器置１，定時(shí)器輸出0 1u? 此時(shí) _ 0Q? ，定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源 ccV 經(jīng) 1R ， 2R 向電容Ｃ充電， cu 逐漸升高。 通過(guò)上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出 0 1u? ，電容放電時(shí)， 0u? 0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。與超聲波發(fā)射器對(duì)應(yīng)，選用 TCT4012R 接收頭。 基本模型如 314所示 圖 314 (1) 傳遞函數(shù) nu = pu =0 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 22 139。 基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 圖 313 超聲波接收器 S 將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，按照電路圖 313 所示與帶通濾波器連接，將接收到的超聲波電信號(hào)濾波，經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)，檢測(cè)出渦街信號(hào)， 渦街信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的積分后，在電壓比較器和 RC高通濾波電路構(gòu)成的整形濾波環(huán)節(jié)中與輸入的基準(zhǔn)電壓 1/2Vcc作比較，被整形為與風(fēng)速成正比的矩形波，信號(hào)周期隨檢波信號(hào)變化而變化。 30% 5)探測(cè)距離（ m）： ~20 6)－ 6dB 指向角： 70o 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 其外部封裝及形狀如下圖 312：（超聲波接收換能器 TCT4012R） 超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì) 如圖 313，是本設(shè)計(jì)采用的超聲波接收電路。 2tt? 時(shí)刻， cu 下降到 13 ccV ，比較器 2A 輸出由 1 變?yōu)?0， RS 觸發(fā)器的 _DR? 1， _DS? 0，觸發(fā)器處于 1， 定時(shí)器輸出 0 1u? 。 LM555 定時(shí)器 由 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖 37 所示，其中 R R2和電容 C 為外接元件。需要選通某一位時(shí)使單片機(jī)相應(yīng)引腳置高位，相應(yīng)的三極管被導(dǎo)通，則相應(yīng)位被選通。 基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 顯示電路設(shè)計(jì) 如圖 35，是本設(shè)計(jì)采用的顯示電路。 這部分電路的作用是在特定情況下，使蜂鳴器發(fā)出鳴聲。 圖 33 單片機(jī)系統(tǒng)及復(fù)位電路原理圖 如圖所示，這部分電路主要包括 : 1. 單片機(jī) U1。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無(wú)效。晶振工作時(shí)， RST腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 （ 4） 電信號(hào)經(jīng)過(guò)選頻放大，過(guò)濾整形得出新的渦街頻率 f。 華北科技學(xué)