【正文】 系統(tǒng)框圖W77E58內(nèi)部計數(shù)器T0開始計數(shù)，盲區(qū)延時后開放中斷INT0；若計數(shù)器在延時60ms內(nèi)(距離約5m)沒有中斷INT0響應，則重新發(fā)射信號；若計數(shù)器在延時60ms內(nèi)有中斷INT0響應。軟件設計包括：(1) DS18B20溫度傳感接口模塊，分為初始化子程序，寫入子程序及讀取子程序等部分；(2) 基于MAX7219的顯示模塊，分為MAX7219初始化子程序，寫入子程序及顯示子程序等部分；(3) 溫度補償和距離計算模塊，分為超聲波發(fā)射控制程序，接收處理子程序，溫度補償子程序及距離計算子程序等部分；(4)主模塊，分為系統(tǒng)的初始化，各個子程序的調(diào)度管理等部分。 MAX7219寄存器地址分配表寄存器 地址D15~D12 D11 D10 D9 D8無操作DIG0DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG6DIG7譯碼方式顯示亮度掃描范圍關 閉顯示測試X 0 0 0 0X 0 0 0 1 X 0 0 1 0 X 0 0 1 1X 0 1 0 0X 0 1 0 1X 0 1 1 0 X 0 1 1 1 X 1 0 0 0X 1 0 0 1 X 1 0 1 0X 1 0 1 1 X 1 1 0 0X 1 1 1 14 軟件設計如前所述，超聲波明渠流量計使由軟件和硬件共同組成的，硬件是功能得以實現(xiàn)的基礎，而軟件則是通過硬件最終實現(xiàn)全部功能的橋梁。D0=0，LED處于正常工作狀態(tài)；D0=1，允許顯示。D0=0，關閉所有顯示器；D0=1，允許顯示。對于本系統(tǒng)，在掃描范圍寄存器中設置的數(shù)據(jù)為7。（3）掃描范圍寄存器（地址X BH）：其掃描范圍寄存器設置所顯示數(shù)據(jù)的多少，可從1至9。（2）顯示亮度寄存器（地址X AH）：其中D7~D4位可任意，而D3~D0可選擇0000~1111。寄存器中的每一位與一個數(shù)字對應。 MAX7219引腳圖MAX7219按5個控制寄存器規(guī)定的方式對待顯示的數(shù)字自動掃描顯示，所以在顯示程序之前，必須初始化5個控制寄存器。（2）對單片MAX7219而言，傳送的順序從DIG0到DIG7，即先送高位，后送低位，而且每一位所對應的16位串行數(shù)據(jù)也是從位15開始至位0結束。DIG0~DIG7：為8數(shù)字驅(qū)動線，輸出位選信號，從每位LED共陰極吸入電流。LOAD：（），裝載數(shù)據(jù)輸入端，在LOAD的上升沿，16位串行輸入數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。DIN：（）串行數(shù)據(jù)輸入端，在CLK的上升沿，一個數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部16位移位寄存器中。 DS18B20測溫電路圖 顯示電路LED4LED3LED2LED1 LED0在本設計中，須加一個顯示面板用于將測得的距離和溫度的數(shù)值實時的顯示出來，： 顯示面板結構圖本設計選用MAX7219來驅(qū)動LED的顯示，MAX7219是由美國MAXIM公司生產(chǎn)的一種新型的串行接口8位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片，由于本設計在顯示面板中選用了5塊LED用于顯示溫度、距離以及報警顯示，因此采用MAX7219負責驅(qū)動LED。C）3020100102030100聲速（m/s）313319323325338334349383這種采用檢測超聲波渡越時間的方法并加入溫度補償，提高了距離檢測精度，有利于獲得精確的位置。溫度變化 2 度時，則產(chǎn)生約 1cm 誤差。聲速 V 隨環(huán)境溫度的變化： (mm/ms) ()其泰勒級數(shù)展開式（僅保留到一次項）為： ()因此，溫度每變化 1 度，聲波的速度變化 (mm/ms)。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的，可通過標準距離校準后使用。工作電壓為 3— V。DS18B20可以在沒有外部電源下操作，電源由總線為高電平時DQ腳上的上拉電阻提供(寄生供電模式)，此時VDD腳接地。C，測量的溫度值用 9—12位數(shù)字表示，最大轉(zhuǎn)換時間為 750 ms，DS18B20的轉(zhuǎn)換分辨率均可由用戶設定，并能長期保存。圖 LM393引腳圖 溫度傳感器 DS18B20簡介數(shù)字溫度傳感器 DS18B20的測溫范圍為 55—+125176。18V；消耗電流小，Icc=；輸入失調(diào)電壓小，VIO=177。該電路的特點如下：工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:177。 OP07引腳圖LM393可直接與TTL及CMOS邏輯電路接口。可和uA741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07，op37,max427這些運放來直接代換。 6N137引腳圖OP07是高精度低失調(diào)電壓的精密運放集成電路,用于微弱信號的放大,。在6N137中，由2,3腳組成的發(fā)光二極管導通后，相應的它所對應的發(fā)光二極管也導通，這時，只要7腳有效為高電平,輸出腳6為低電平。6N137主要起到隔離作用。 檢波電路6N137隔離電壓 3KV，頻率10MHz。輸出高電平約為5V，可直接驅(qū)動TTL電路。超聲接收換能器在接收到超聲波后輸出一個失真的正弦波，為了使單片機能夠準確及時的檢測到回波，設計了如下檢波電路，將失真的正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ā?超聲波接收電路前置放大器放大倍數(shù)為： （）中間級放大器要求高信噪比，即放大有用信號，抑制噪聲。為調(diào)試方便，本設計采用OP07構成三級反相放大器，每一級的放大倍數(shù)以不超過100倍為宜，總的放大倍數(shù)可按實際信號大小確定。 超聲波接收電路超聲接收電路[10]由放大濾波電路和檢波電路兩部分組成。555電路在作振蕩器使用時，輸出脈沖的最高頻率可達500千赫。CNT為超聲波發(fā)射控制信號，由單片機進行控制。其振蕩頻率計算式如下： （）將R10設計為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號頻率，使之與換能器的40KHz固有頻率一致。這種方法的特點是無需驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。同時，采用W77E58單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示。 系統(tǒng)硬件總體框圖系統(tǒng)包括超聲波發(fā)射電路，接收電路及其他，接收電路包括信號放大和比較電路；外加LED顯示電路、光電隔離電路；溫度檢測電路、核心功能模塊單片機控制器等。 () 由于超聲波的聲速受到溫度的影響，如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?為了補償溫度條件的影響，設計了溫度傳感器DS18B20。標準氣壓下，超聲波在空氣中的傳播速度為C，因此只要測定超聲波從發(fā)送到接收的傳播時間就可以計算出兩者之間的距離。斯特里克蘭公式： ()適用范圍為。 超聲波明渠流量測量原理明渠流量計中使用最多是堰式流量計和槽式流量計，通過測出堰槽內(nèi)堰頂水頭高度h，采用流量計算公式（）、（）可得到流量。根據(jù)柏努利原理，節(jié)流處的水位能轉(zhuǎn)化為流速能，因而流速的增大將導致節(jié)流處水位的下降。對于平坦地面上的水渠以及工廠排水等大量場合的流量測量，實際上常采用槽式測量的方法。（3）流量時，溢流水舌易附著在堰的外側(cè)，從而造成誤差。（2）部分堰已標準化，但原理是非線性的。三者原理基本相同。量水堰的形式有許多種，薄壁堰適用于小流量并有較高的精度，多用于實驗室、灌溉渠道和鉆井等處測定流量。其中D為堰缺口底端的相對高度，h為上流側(cè)水位距堰口的相對高度。堰式測流法是早已為人們所熟知的明渠流量測量方法，其基本原理是在明渠中途或末端設置上部有規(guī)則缺口的板，流體受阻后液位上升，當升到檔板上端堰（缺）口處時，水流便依靠重力從堰的缺口流出，當堰口流出的流量等于渠道中的流量時，水位便穩(wěn)定在某一高度。農(nóng)業(yè)和公用事業(yè)常用的明渠流量儀表的測量原理大體可分為堰法、槽法、流速水位計算法和電磁流量計法。堰、槽測流量，是在流體流經(jīng)的水路上，按照一定的標準設置堰槽，通過堰槽的流體流量與其液位存在的單值函數(shù)關系，測量液位從而計算流量。大多數(shù)城市供水引水渠、火電廠冷卻水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道都是明渠，因此明渠流量計在這些場合得到了廣泛的應用。即使對于我們平常所講的暗渠（非露天形式），由于其中的流體是自然流動的，并具有自由表面，因此也屬于明渠。 明渠流量測量水路按其形態(tài)分類，可分為封閉管道和明渠兩大類。（4）無可動部件，無磨損，使用壽命長，重量輕。（2）換能器形式多樣，可適合不同場合的需要，除了用于測量水、石油等一般導聲流體外，還可用來測高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、非導電、易爆和放射性等導聲流體。為此，多年來，各國科技工作者運用超聲、熱、核磁共振、相關技術等物理現(xiàn)象對非接觸測流量方法作了許多艱辛的探索，也有了很大的進步。由于檢測元件不與被測流體直接接觸，所以克服了傳統(tǒng)的接觸法流量測量中存在的問題。非接觸式——先進的流量測量方法。 流量測量方法目前已投入使用的流量計超過了100種，這些流量測量儀表已成為過程控制與檢測儀表中的重要部分。質(zhì)量流量單位為kg/h，g/h。準確地說，累積流量就是流過流體的體積或質(zhì)量。如果體積流量為Q，質(zhì)量流量為G，那么，在時間t內(nèi)流體的通過體積V和通過質(zhì)量M為: （） （）因此，如果流動流體的密度p為一定的話，由式()可得V=Qt，由()可得M=Gt，如果由式()的關系對此進行整理，則: （）通過體積V和通過質(zhì)量M分別如式()和式()的關系所表示的那樣，為體積流量和質(zhì)量流量的累積值，因此，把這樣測量的總和M累積流量。它們一般都是用于測量流過管路或溝渠的流體的流量。如果質(zhì)量流量為G，流動流體的密度為ρ，則: ()測量這些流量的儀器叫流量計。這種情況下的某一時刻的流量，可以假定該時刻的流動保持恒定不變，用單位時間內(nèi)流過的流體的體積或質(zhì)量來表示。質(zhì)量流量可以用流體在單位時間內(nèi)通過具有一定面積的截面時的質(zhì)量來表示。如果流體的流動是不隨時間而變化的流動，即穩(wěn)定流。一般地說，流量的測量對象就是流過管路或溝渠的流體。用流體流過的體積與時間之比來表示流量時，稱為體積流量(或容積流量)。CSB40T探頭各項參數(shù)為：頻率為 40 kHz，阻抗 500，靈敏度為 103dB(min)，帶寬在 3dB 時為 ，角度最大值為 (6dB)，靜電容 200010%PF，最大驅(qū)動電壓 150Vpp(10%工作周期)，回波靈敏度為 70dB(min)，聲壓電平 0dB=1uvolt/bar。另一類是具有雙向的發(fā)射/接收功能的收發(fā)一體式超聲波傳感器，如 TR4016，不僅用于發(fā)射超聲波，也用于接收超聲波，此類超聲波測距有效范圍比較小，防塵