超聲波多普勒效應(yīng)測(cè)速儀的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-06-12 18:01本頁(yè)面
【正文】 手工計(jì)算測(cè)得的信號(hào)頻率 f。供手工計(jì)算信號(hào)頻率 f0。兩種模式的資源配置與控制見表 所示。 有關(guān)實(shí)際頻率，為強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與和掌握誤差來(lái)源，選用人工計(jì)算。系統(tǒng)默認(rèn)模式 為模式 1。 圖 12 電路仿真結(jié)果 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 12 學(xué)生實(shí)踐與科技創(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。 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 。電位器的作用是設(shè)定光照強(qiáng)度臨界點(diǎn)。其原理如圖 11 所示。電路則相對(duì)簡(jiǎn)單，見圖 10所示。具體電路見單片機(jī)系統(tǒng)。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 10 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 圖 9 兩種計(jì)數(shù)方案 方案三 ： 利用外部中斷和定時(shí)器，將光電門觸發(fā)外部中斷以控制定時(shí)器的運(yùn)行與停止。其計(jì)數(shù) 長(zhǎng)度則更大，可測(cè)量頻率范圍更廣。 如圖10 所示，如果不計(jì)算 161 的輸出 Q3..0 的數(shù)值，則造成零頭誤差。 方案二則利用硬件計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)。 對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)速度需要選用不同的測(cè)量時(shí)間，因此需要設(shè)定時(shí)長(zhǎng)選擇模式。將T0 配置為計(jì)數(shù)器，信號(hào)從該引腳輸入，而將 T1 配置為定時(shí)器，設(shè)定計(jì)時(shí)長(zhǎng)度以控制 門控位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)。如圖 9 顯示了其中方案一與方案二兩種 。 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(lái)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)放大后的信號(hào)為高電平時(shí)， Q1 導(dǎo)通，輸出為低電平；反之為高電平。整型電路可以選用開關(guān)電路或者過零電壓比較器實(shí)現(xiàn)。 具體電路設(shè)計(jì)參考集成電路數(shù)據(jù)表得到。 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。其中同相輸入端取電源電壓的一半，旨在設(shè)定直流偏置點(diǎn)以保證信號(hào)的正負(fù)半周都得到同樣的放大。為保證信號(hào)接收可靠，采用兩級(jí)放大到 1000 倍 左右 。 電路仿真結(jié)果如圖 5 所示。 實(shí)際使用時(shí)，我們選用了 9V 電池作為電源。 如果選用電源為 5V，則發(fā)射信號(hào)的峰峰值為 10V。s T 充 = x ( R1+ R2 ) x C1 = x x 103 x 1000 x 1012 = 11 181。 圖 4 超聲波發(fā)射電路原理圖 由 555 定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)頻率為 40KHz 的多諧振蕩器， 電阻 R1 選用電位器便于很好的調(diào)節(jié)頻率，以保證超聲發(fā)生器工作在其 最佳 頻率上?？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) 。本設(shè)計(jì)中它主要完成信號(hào)頻率的 測(cè)量、數(shù)據(jù)分析和測(cè)量結(jié)果的 存儲(chǔ)與 顯示。 具體實(shí)施時(shí)采用了另一種方案：將光電門與外部中斷結(jié)合，控制定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的運(yùn)作。 對(duì)于頻率較低的信號(hào)，采用前者其能較好 的勝任；對(duì)高頻信號(hào)則需要增設(shè)外部硬件電路與軟件相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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。 超聲接收與信號(hào)調(diào)理 主要完成信號(hào)的放大 和整型，以完成其與單片機(jī)的對(duì)接。 為增強(qiáng)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，采用推挽輸出。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 5 學(xué)生實(shí)踐與科技創(chuàng)新中心 圖 3 超聲波發(fā)射電路方案一 考慮到 555 定時(shí)器的應(yīng)用極其廣泛，購(gòu)買元器件也非常方便 。 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。
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