【正文】 傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應的原理。已發(fā)明設計并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器，機械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。頻率高于 20210HZ的機械波稱為超聲波，頻率低于 20Hz的機械波稱為次聲波。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測機理所決定的。如圖 1— 1所示。 國內風速測量儀的現(xiàn)狀 我國超聲波渦街流量計的生產(chǎn)亦有飛速發(fā)展，到目前為止全國生產(chǎn)廠已多達數(shù)十家，這種生產(chǎn)熱潮國外亦未曾有過。 國外早在 1878年斯特勞哈 (Strouhal)就發(fā)表了關于流體振動頻率與流速關系的文章，斯特勞哈數(shù)就是表示旋頻率與阻流 體特征尺寸、流速關系的相似準則。此外在環(huán)境保護領域，流量測量儀表也扮演著重要角色。 (3) The output signal from fluid properties (temperature, humidity, pressure, 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） VII position, density, viscosity, mineral dust, etc.) sensors in coal mine safety monitoring system has wide application prospects. Key words: wind speed measurement。s poles plus pulse signal, the frequency is equal to the natural oscillation frequency of the piezoelectric chip, the piezoelectric resonance occurs, and promote the vibration of ultrasonic resonance board, then it is an ultrasonic generator。 F、 S 為一對諧振頻率相同的超聲波換能器， F 為發(fā)射換能器，發(fā)射 145 kHz 等幅超聲波； S 為接收換能器，接收被旋渦調制了的聲波。超聲波換能器內部結構 在下文中有介紹 ，它有兩個壓電晶片和一個換能板。單片機采用 89S52 或其兼容系列。華北科技學院畢業(yè)設計（論文） I 基于 AT89S52 單片機的風速測量儀的設計 綜述 風，特別是井下安全生產(chǎn)中具有重要參考意義，作為氣象環(huán)境中最活躍的因素，對戰(zhàn)爭的勝敗，武器性能的發(fā)揮有著舉足輕重的影響風能的利用，也要求人們對風速資源進行長時間的準確監(jiān)測。 系統(tǒng)硬件電路的設計 硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、 鍵盤，溫度補償電路， 超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的 。 超聲波測距儀的算法設計 超聲波風速傳感器是利用穿過空氣的超聲波被旋渦調制，從已調波中檢出旋渦頻率來測定風速的。 關鍵詞 ：風速測量；卡曼渦街；單片機 AT89C52；溫度補償基于單片機的風速測量儀的設計 IV The Design of Ultrasonic Wind Meter Based on SCM Summary: Wind, especially mine safety has important reference value, as the meteorological environment, the most active factor, the victory of the war, weapons performance to play a decisive effect on the use of wind energy, wind resources also requires that there be lengthyaccurate present, the wind speed measurement apparatus main hot wire, hotfilm, and the wind cup of principle of wind speed measured several low precision, range of small, measuring cycle is long, continuous working hours, and the measurement results vulnerable to external environmental not meet the efficient, rapid and accurate modern military and long working hours, intelligent data processing, the demand for wind monitoring. This design uses piezoelectric ultrasonic transducer, using AT89S52 MCU as controller to plete the ultrasonic velocity meter hardware and software language programming method used to achieve the measurement results of the calculation and can be pleted, LED digital display clear and stable, reliable measurements, range finder error is less than / s. System hardware design The hardware design includes single chip systems and display circuit, keyboard, temperature pensation circuit, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver circuit of three 89S52 or patible with crystal with high precision in order to obtain a stable clock frequency, reducing measurement uses the 555 timer 145kHz square wave signal generated using the count of T1 port monitoring ultrasonic receiver circuit to return plastic filtered output circuit using a simple and practical four mon cathode LED digital tubes, with 74HC244 driver code segment, bit code with the PNP transistor 8550 drives. Ultrasonic transmitter Transmitter mainly by the 555 timer, 74LS123 monostable trigger circuit formed, 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） V enlarged links, and ultrasonic emission transducer T form, LM555 Multivibrator Port 3 output 145kHz square wave signal all the way through trigger circuit, amplifier circuitultrasonic transducer is sent to both ends, can increase the emission intensity adding the output coupling capacitor C4, launching drives to increase resistor R6 on the one hand can increase the output capacity of the amplification transistor, on the other hand can increase the ultrasonic transducer damping effect, shorten the time of its free oscillations. Piezoelectric ultrasonic transducers is the use of piezoelectric crystal resonance to the internal structure of ultrasonic transducers are introduced below, it has two chips, and a piezoelectric transducer it39。 (2) The output itself is a linear relationship between wind velocity and pulse frequency signals, no zero drift, and the sensor sensitivity change would not directly affect output, high accuracy。 利用超聲波風速流量計來測量生產(chǎn)過程 中的重要參數(shù) 風速，特別是使井下通風量得到保證，保證安全生產(chǎn)。超聲波流量計雖然在 70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。附加的旋渦干擾了渦街信號，降低了信噪比；二是準確測量小流量，因為小流量所產(chǎn)生的橫向升力較小，檢測信號非常微弱，易受流體沖擊振動噪聲和管道振動噪聲的影響，存在一個量程下限死區(qū)，從而造成量程比受限，小量不能測量。即在流動的流體中放置一個非流線型的對稱形狀的物體 (渦街流量傳感器中稱之為旋渦發(fā)生體 )，就會在其下流兩側產(chǎn)生兩列有規(guī)律的旋渦即卡門渦街，其旋渦頻率正比于來流速度。即不同的流速下具有不同的流速分布，進而說明了渦街流量傳感器檢測到的主要反映旋渦發(fā)生體兩側的流速與管道平華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 均流速的關系不是唯一確定的。在這一頻率范圍內的震動稱為聲振動，聲振動激起的縱波稱為聲波。人們?yōu)檠芯亢蛻贸暡?。而壓電材料有單晶體的、多晶體復合的，如石英單晶體、欽酸鋇壓電陶瓷，錯欽酸鉛壓電陶瓷復合晶體等。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，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。在構成測量系統(tǒng)時一般設置選頻電路。下圖25就是超聲波傳感器的指向圖。 工作過程 超聲波測距時工作過程如下： （ 1） 由 LM555定時器發(fā)出 140KHz脈沖串。 圖 32 AT89S52 內部結構圖 下面簡要介紹其主要性能?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。程序校驗時，需要外部上拉電阻。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 32 所示。在 flash編程時，此引腳（ PROG）也用作編程 輸入脈沖。當 AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN將不被激活。 單片機系統(tǒng)及復位電路設計 如圖 33，是本設計采用的單片機系統(tǒng)及復位電路。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 能夠將 RESET 引腳置高電位的復位電路。這里選用的是 PNP 型三極管 9012 。這里選用 PNP 三極管 9012。 2. 74LSl23 構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當方波信號的下降沿到來時，在 13 管腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 1tt? 時刻， cu 上升到 23ccV ，比較器 1A 的輸出由１變?yōu)椋?，這時_ 0DR ? ， _ 1DS? ， RS?觸發(fā)器復 0，定時器輸出 0 0u? 。 三極管放大電路 如圖 311 是 共射極基本放大電路 圖 311 1. 一般硅管 VBE=， β (80)已知。 ， C8， R11 組成積分運算器。 (3) 中心頻率： ???????? ??32111112 1 RRRCf ? (38) 本設計中中心頻率約為 145KHz，選用常 用電阻值 R7（ R2） =R8（ R3） =10K ohm，C1=C2=，求得 R9（ R1） = ohm 包絡檢波， OPA 積分器， RC 高通濾波 如圖 315 為包絡檢波工作原理： 圖 315 基于單片機的風速測量儀的設計 第 26 頁 設 vs為已調信號 ,vo為包絡檢波信號 (φ 90o) 二極管導通，對 C 充電， τ 充 =RDC ∵ RD很小 ∴ τ 充 很小， vo≈ vs (φ 90o) 二極管截止， C經(jīng) R放電， τ 放 =RC