【正文】 e circuits Dl, C7, R10 Enveloping, vortex signal signal in the hysteresis voltage parator and RC rate than plastic filter circuit posed of the input links of the reference voltage 1/2Vcc parison with the wind speed is proportional to the plastic rectangular wave signal period varies with the detection signal. Ultrasonic wind speed measuring instrument software design mainly by the main program, ultrasonic receiving procedures and display, keyboard subroutine, temperature pensation know the assembly language program is a high efficient and easy to run precise calculation of the time, and ultrasonic velocity 基于單片機的風速測量儀的設計 VI measurement instrument procedures require precise calculations (per unit time to plete the ultrasonic plastic rectangle when the number of square wave), the control programMixed programming using assembly language. Ultrasonic Range Finder Algorithm Ultrasonic wind sensor is the use of ultrasound through the air by the vortex modulation, has been transferred from the vortex frequency waves were detected to determine wind , S is a pair of the same resonant frequency ultrasonic transducer, F for the launching transducer, emission 145 kHz ultrasonic amplitude。 當無旋渦時，接收換能器 S 接收到等幅波信號；有旋渦時，由于旋渦內(nèi)部的壓力梯度和旋渦的旋轉(zhuǎn)運動，導致了超聲波的折射、反射和吸收效應，使接收到的信號幅度減小。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，基于單片機的風速測量儀的設計 II 這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器了。采用 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。當前，風速測量的儀器主要有熱線式、熱膜式、以及風杯式三種。設計完成后能做到 ， LED 數(shù)碼顯示清晰穩(wěn)定，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠，測距儀最大誤差不超過 。上位電阻 R6 一方面可以提高 三極管的放大 輸出能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻 尼效果，縮短其自由振蕩時間。我們知道匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波 風速測量 儀的程序要求精細計算（ 單位時間內(nèi)的整形完成的 超聲波矩形方波個數(shù) 時），所以控制程序采用匯編語言混合編程。此類傳感器在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景。 St coefficient (Reynolds number in the range of 200 to 50 000, St is a constant). Ultrasonic vortex wind speed sensor and pared to other forms of wind speed sensor has the following advantages: (1) no moving parts, no mechanical wear, stable performance, long life。對流體流量進行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學管理的基礎。它也是由測流速來反映流量大小的。目前，將超聲波渦街流量計用于流量測量，需要研究的關(guān)鍵性問題：一 是抑制流場噪聲的影響，流場的穩(wěn)定性、均勻性不僅對卡門渦街的形成和分離有影響，而且對各種敏感元件的檢測效果也有直接影響。基于單片機的風速測量儀的設計 第 4 頁 第二章 超聲波風速儀測量原理及其總體設計 超聲波 風速儀原理 風速測量原理 卡曼渦街 渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計。對于湍流狀態(tài)，不同的雷諾數(shù)下，流速分布規(guī)律是不同的。 圖 21 超聲波風速測量的理論分析 超聲波實際機械波，在介質(zhì)中傳播是手介質(zhì)影響的，下面介紹超聲波在空氣介質(zhì)中基于單片機的風速測量儀的設計 第 6 頁 的傳播特點： 在彈性媒質(zhì)中，如果波源所激起的縱波頻率在 20Hz到 20210Hz之間的話，就能引起人的聽覺。在這種頻 率范圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統(tǒng)的形狀大相徑庭，它的進步對電子學的發(fā)展起到了巨大的作用。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。曲線在 f0處最尖銳，輸出電信號的幅度最大，信號 f0處接收靈敏度最高。指向特性用指向圖表示。軟件部分由主程序，超聲波接收子程序，鍵盤驅(qū)動程序，溫度補償程序及顯示程序等部分組成。 圖 31 AT89S52 的外部引腳結(jié)構(gòu)圖 基于單片機的風速測量儀的設計 第 12 頁 如圖 32，為 AT89S52 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。 在 flash編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN: 外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 以上是對 AT89S52 的外部結(jié)構(gòu)從邏輯上進行的簡要介紹，對于定時器及中斷將在下一章中進行介紹。這里選用頻率為 的晶振。 2. 三極管 Q5 。 2. 三極管 Q1~Q4。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 圖 36 如圖所示，這部分電路主要包括： 1. LM555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生 145KHZ 的超聲波。所以0t1t 期間，定時器輸出 0u 為高電平１。 充電時間 1 1 2 1 2( ) l n 2 ( )T R R C R R C? ? ? ? (31) 放電時間 2 2 2ln 2 0 .7T R C R C?? (32) 矩形波的振蕩周期 1 2 1 2 1 2l n 2( 2 ) ( 2 )T T T R R C R R C? ? ? ? ? ? (33) 振蕩頻率 ? ?121 2 CRRf ?? (34) 本文設計 ? ? ? ? KH zpFkkCRRf 1454205*25 121 ????? 74LS123 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 如圖 39 是 74LS123 管腳圖 圖 39 引出端符號： CEXT1， CEXT2 外接電容端 Q1， Q2 正脈沖輸出端 21, 負脈沖輸出端 A1， A2 負觸發(fā)輸入端 B1， B2 正觸發(fā)輸入端 21,CLRCLR 直接清除端（低電平有效） 如圖 310 是 74LS123 功能表： 圖 310 基于單片機的風速測量儀的設計 第 22 頁 即 當 555定時器產(chǎn)生的方波信號的下降沿到來 1（ A）管腳時，此時 2（ B） ,3（ CLR ）管腳均為高電平，于是在 13 管（ Q）腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 VD1， C7， R10 組成的包絡檢波電路，通過電容 C7 的不斷充放電的過程，C7 上獲得與 包絡 (調(diào)制信號 )相一致的電壓波形，有很小的起伏。iu = osuCR 22? 利用節(jié)點電流法，即求出傳遞函數(shù) )(sAu = )( )(SuSuio = 221222211)111(1 sCCRRsCRRRRRRRffff????? (36) (2) 頻率特性 )(?jAu =200)()(21 ????? jjAup??=200)()(21 ffjffjAup?? ? (37) 其中固有角頻率 0? =fRRCC 2211 ，阻尼系數(shù) ? =12212 )////(2 CCRRR RRff ，而通帶放大倍數(shù) upA =1RRf? 。 ， R12 組成 RC 高通濾波環(huán)節(jié)。 (NPN9013 型 ) CCCCCEBCb BECCB IRVVIIR VVI ????? ? ? ?CTbbbe I VUrr 2639。 12t t t?? 期間， _ 1Q? ，放電三極管Ｔ導通，電容Ｃ通過 2R 放電。 3. 脈沖信號經(jīng)過 NPN 型 9013 三極管放大后激勵超聲波發(fā)射器 F 。 單片機的 P2 口 ~ 用于選通數(shù)碼管的各位， P0 口用于數(shù)碼管各位的段選通。 3. 跳線 JUMPER。這里是在 VCC 與 RESET 引腳之間接入一個按鍵 S1，按鍵按下是 RESET 置高，單片機復位。 這部分電路的作用是作為超聲波測距系統(tǒng)的核心，運行整個程序，使系統(tǒng)能夠正常工作，并按照預期的目標完成任務，且能達到要求的精度。 EA/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時， P2 口送出高八位地址。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 主要性能： ?? 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容 ?? 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 ?? 1000次擦寫周期 ?? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ?? 三級加密程序存儲器 ?? 32個可編程 I/O口線 ?? 三個 16位定時器 /計數(shù)器 ?? 八個中斷源 ?? 全雙工 UART串行通 ?? 低功耗空閑和掉電模式 ?? 掉電后中斷可喚醒 ?? 看門狗定時器 ?? 雙數(shù)據(jù)指針 ?? 掉電標識符 下面對其功能進行簡要描述。 （ 2） 脈沖串通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波。超聲波傳感器的指向圖是由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成，其物理意義是Ф =0聲壓最大，角度逐漸增大時，聲壓減小。另外，超聲波接收器的頻率特性和輸出端外接電阻有很大關(guān)系，如果 R很大，（如大于 100K）頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。 共振板 電極 壓電晶片 圖 22 超聲波傳感器的基本特性 超聲波傳感器的基本特性分為頻率特 性和指向特性。 超聲波傳感器是利用壓電效應的原理工作的，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波