超聲波多普勒效應(yīng)測速儀的設(shè)計(jì)-文庫吧在線文庫
【正文】 實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 超聲波 多普勒效應(yīng) 測速 儀 一、 題目分析 本設(shè)計(jì)為本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽基礎(chǔ)題，其設(shè)計(jì)的原理基于多普勒效應(yīng)。價(jià)值包括其經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會價(jià)值、學(xué)術(shù)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值等。 由此可知，這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)必須立足幾 點(diǎn)： （ 1） 波源 選擇。 本實(shí)驗(yàn)測 量對象定為運(yùn)動物體的速度。 根據(jù) 多 普勒效應(yīng) 原理 ，可以直接選擇頻率為測量對象，這樣 可 直接的驗(yàn)證上述原理。作為一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)也許可選，但是如果作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)則與現(xiàn)今 “節(jié)能減排 ”和 “節(jié)約水資源 ”的主流相違背。 其次 采用物理學(xué)中所用 “由靜及動 ”思想以及變量控制法 ， 將波源和觀察者設(shè)定為其中一個(gè)運(yùn)動， 而 另一個(gè)處于靜止， 以控制 測量的誤差因素，提高測量的 準(zhǔn)確度與 精度 。 圖 2 超聲多普勒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖 利用超聲波設(shè)計(jì)多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理將測量對象設(shè)定為超聲波的頻率。根據(jù)模擬電路與數(shù)字電路所學(xué)，實(shí)現(xiàn)方案比較豐富，不存在理論與技術(shù)上的難度 ，簡單列表如下 。 調(diào)理后的信號處理方案有 多 種選擇。 常規(guī)頻率計(jì)數(shù)器多半采用數(shù)碼管 與 LED 量嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 6 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 程 指示完成顯示。 也可以直接將發(fā)射器接至定時(shí)器的輸出引腳和地 ，但這時(shí)的輸出峰峰值 不到 5V，驅(qū)動能力明顯減弱 。如果不設(shè)置該偏置則會出現(xiàn)信號 得不到預(yù)期的放大，甚至更弱 。該邏輯電平即可作為頻率計(jì)數(shù)器的信號脈沖輸入。 方案一 利用光電門來計(jì)時(shí)， 啟動光電門實(shí)現(xiàn)啟動計(jì)數(shù)功能。更加符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作流程和便于分析與理解實(shí)驗(yàn)原理，使學(xué)生更好的掌握控制原理與編程思想。根據(jù)需要，其后加以反相電路即可。故送顯的數(shù)據(jù)由計(jì)數(shù)時(shí)長與該時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù) 組成 。 模式 1 的操作過程： （ 1） 調(diào)節(jié)好發(fā)射頭與接收頭的位置，使中心線始終保持在同一直線上 。 （ 4） 重復(fù)步驟（ 3）， 測量 5 次 ，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)入表 1 中。因而為保證測量的準(zhǔn)確性與瞬時(shí)性，光電門間的距離不宜設(shè)置得太遠(yuǎn)。 整套實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡易，輕巧， 設(shè)備制作成本低廉，性價(jià)比較高，值得在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行推廣。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 16 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 實(shí)物圖 整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置簡單、輕便，完全能勝任實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本裝置測試系統(tǒng)采用自制直流穩(wěn)壓電源，發(fā)射裝置則選用電池供電。 （ 5）計(jì)算信號源頻率。 經(jīng)過第一道光電門時(shí)啟動定時(shí)器與計(jì)數(shù)器； 經(jīng)過第二道光電門時(shí)停止定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。 即一鍵測定信號源頻率，設(shè)為模式 1 和正常測量模式，設(shè)為 模式 2。 圖 10 單片機(jī)系統(tǒng) 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 11 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 圖中的啟動開關(guān) 實(shí)現(xiàn)啟動計(jì)數(shù)功能 ，實(shí)際電路用光電開關(guān)電路取代 。 也可以將兩種方案結(jié)合使用，將信號經(jīng) 16 分頻后接至方案一的信號輸入端處理。方案一需要充分利用單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器 T1 和 T0。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 8 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 圖 6 超聲波接收放大電路原理圖 圖 7 采用音頻功放構(gòu)成的接收電路 根據(jù)發(fā)射信號可知，接下來需要 將放大后的信號進(jìn)行整型。 圖 5 發(fā)射電路驅(qū)動仿真結(jié)果 超聲波接收 整型 電路 接收電路的方案有基本設(shè)定了兩種：一種是利用通用集成運(yùn)放 ，如 741/ LM324/LM348/LT1014 等 ； 另 一種是利用專用音頻功放集成電路，如 LM386。 設(shè) R1=, R2=15K， C1 = 1000pF，則 其頻率計(jì)算的理論方法如下： T 放 = x R1 x C1 = x 15 x 103 x 1000 x 1012 = 10 181。 為充分發(fā)揮作品的通用性， 可 采用硬件計(jì)數(shù)，并預(yù)留軟硬結(jié)合的通道，方便擴(kuò)展應(yīng)用。同時(shí)為
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