【正文】 等指標，使其在現(xiàn)有基礎(chǔ)上更加完善。以上為按照較傳統(tǒng)的測量原理設(shè)計的流量計量儀表，現(xiàn)在還出現(xiàn)了幾種新工作原理的流量儀表，如靜電流量計、復(fù)合效應(yīng)流量儀表、轉(zhuǎn)速表式流量傳感器等[7]。我國1990年流量儀表產(chǎn)量（不包括家用燃氣表和家用水表）估計超過25萬臺[3][6]。20世紀60年代開始有了渦輪流量計和電磁流量計等本國產(chǎn)品。目前美國有200余家，英國、德國和日本也均有50家以上，我國有250家以上。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，流量測量儀表是工業(yè)自動化儀表和裝置中的大類儀表之一，在各方面有廣泛的應(yīng)用，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、節(jié)約能源、改進產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益和管理水平的重要工具，無論在商業(yè)貿(mào)易和工業(yè)生產(chǎn)中，對流體流量計量的需求都在不斷增長[2]。如頻率為幾十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷達、電子通信和成像技術(shù)等方面。產(chǎn)生和檢測超聲波的頻率，也由幾十千赫提高到上千兆赫。隨著軍事和國民經(jīng)濟各部門中超聲應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型等多種超聲換能器。20世紀初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制成各種機電換能器。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和液哨等機械型超聲換能器。 超聲的研究發(fā)展和應(yīng)用超聲的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同，聲波的波形也不同，一般分為橫波、縱波和表面波。3. 對流量計的硬件電路及軟件編程進行了詳細的設(shè)計分析關(guān)鍵詞：超聲波流量計；單片機；超聲波換能器；時差法；多脈沖聲循環(huán)法內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）The ultrasonic flowmeter based on Monolithic integrated circuitAbstractThe appliance to measure the rate of fluid flow is generally called flowmeter or flow indicator and is an important appliance in industrial measurements. Compared with traditional flowmeter, the ultrasonic flowmeter has many advantages. This design based on mass research of data and finally took the traveltimedifference method ultrasonic flowmeter as the object of study and made deep theoretical research of how to improve the accuracy, stability and reliability of the system. 1. Studies on the measurement principles of traveltimedifference method ultrasonic flowmeter were made. The dissemination features of ultrasonic wave in fluid and the features of Ultrasonic wave transducer and the choice of different methods of installation. 2. From the aspect of the enhancement of measure accuracy, it discussed the new method of traveltimedifferencemultibeams measurements and further put it into application.3. Detailed design and analysis of the hardware circuit and software programming of the flowmeter were made. Key words: ultrasonic flowmeter；Monolithic integrated circuit；ultrasonic transducer； traveltimedifference method；multibeams Sound cyclic method內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 概述 1 超聲的相關(guān)概念 1 超聲的相關(guān)概念 1 超聲的研究發(fā)展和應(yīng)用 1 流量計的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 2 流量計的分類及特點 3 超聲波流量計概述 3 超聲波流量計的發(fā)展及現(xiàn)狀 3 超聲波流量計的特點 3 超聲波流量計兩種主要測量原理及對比 4第二章 超聲波流量計的總體設(shè)計 5 超聲波換能器概述 5 超聲波換能器能量轉(zhuǎn)換原理 5 超聲波換能器的類型及主要性能指標 5 超聲波換能器的選擇及設(shè)計 7 超聲波換能器的主要參數(shù) 7 超聲波換能器的選擇 8 超聲波換能器的安裝方式及選擇 8 時差法測量原理及影響測量的主要因素 9 Z型安裝方式時差法測流量的測量原理 9 影響測量的主要因素 11 V型安裝方式時差法原理介紹 11 多脈沖測量原理 12第三章 超聲波流量計一次儀表部分硬件設(shè)計 15 超聲波發(fā)射電路的選擇與設(shè)計 15 超聲波接收信號調(diào)理電路選擇與設(shè)計 16 一級放大電路 16 帶通濾波電路 17 二級放大電路 18第四章 超聲波流量計二次儀表部分硬件設(shè)計 19 系統(tǒng)工作原理概述 19 芯片資料 21 總線收發(fā)器74LS245 21 計數(shù)器74S196 21 4040CMOS12級二進制計數(shù)分頻器 22 AT89C51 23 超聲波順流逆流發(fā)射接收控制電路 25 計數(shù)電路原理概述 26 從單片機的作用及選擇 27 主單片機的作用及選擇 28 顯示電路 28 LED顯示器的結(jié)構(gòu)和原理 28 共陰極LED結(jié)構(gòu)及靜態(tài)顯示原理 28 鍵盤電路 30 看門狗電路 31 主單片機與從單片機的通信接口 32 主從單片機通信的作用 32 主從單片機的連接方法 32第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 34 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總述 34 主單片機軟件設(shè)計 34 從單片機軟件設(shè)計 35 從單片機的軟件流程圖 35 主從單片機數(shù)據(jù)發(fā)送子程序流程 36 鍵盤子程序 37 鍵盤行列掃描主程序流程圖 37 鍵盤掃描子程序流程圖 38 按鍵預(yù)處理子程序流程圖 39 按鍵處理子程序流程圖 39 超聲波換能器發(fā)射接收切換控制流程圖 41 設(shè)計程序仿真調(diào)試過程 41結(jié) 論 43參 考 文 獻 44附 錄 A 46附 錄 B 47致 謝 62 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）第一章 概述 超聲的相關(guān)概念 超聲的相關(guān)概念我們生活的世界充滿了各種聲信號，人們可聽到的聲音頻率為20Hz一20KHz，即為可聽聲波，超出次頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波；頻率高于人類聽覺上限頻率(約20KHz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。 本設(shè)計在查閱大量文獻資料的基礎(chǔ)上，選擇了時差法超聲波流量計為研究對象，對如何提高系統(tǒng)的精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性問題進行了深入的理論研究。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）畢業(yè)設(shè)計說明書基于單片機的超聲波流量計摘 要測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計或流量表，流量計是工業(yè)測量中重要的儀表之一。超聲波流量計與以往傳統(tǒng)的流量計相比，具有很多優(yōu)點，是一種非常理想的節(jié)能型流量計。主要進行了以下的詳細研究：1. 研究了時差法超聲波流量計的測量原理，對超聲波在流體中傳播特性及超聲波換能器的特性及安裝選擇進行了深入研究；2. 在測量精度的提高方面，討論并采用了超聲波時差測量的新方法—多脈沖測量法。聲波的速度越高，越與光學(xué)的某些特性如反射定律、折射定律相似。質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波，稱為縱波，它能在固體、液體和氣體中傳播；質(zhì)點的振動方向與傳播方向相垂直的波，稱為橫波，它只能在固體中傳播；質(zhì)點的振動介于縱波和橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨著深度的增加而迅速地衰減，稱為表面波，表面波只在固體地表面?zhèn)鞑ァ?883年Galton首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲。由于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進，至今仍廣泛地用于對流體媒質(zhì)的超聲處理技術(shù)中。1917年，法國物理學(xué)家朗之萬(paulLangevin)用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。材料科學(xué)的發(fā)展，使得應(yīng)用最廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機電藕合系數(shù)高、價格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜(PVDF)等。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。 流量計的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀數(shù)千年前，人們?yōu)榱诉m應(yīng)農(nóng)業(yè)灌溉和水利的需要，就已經(jīng)開始關(guān)注流量測量問題，古埃及就已經(jīng)出現(xiàn)了堰的雛形[1]。 流量計在國外的發(fā)展較快，幾個工業(yè)發(fā)達國家均有相當數(shù)量的流量儀表生產(chǎn)廠家，有專業(yè)生產(chǎn)多品種的流量儀表的綜合大型企業(yè)，也有專業(yè)生產(chǎn)品種單一性能獨特的流量儀表小型企業(yè)，數(shù)量上以后者居多。我國開展近代流量測量技術(shù)方面的工作較晚，早期所需流量計均從國外進口，直到20世紀30年代中期才出現(xiàn)光華精密機械廠所制造的家用水表，20世紀50年代初有了新成儀表廠所開發(fā)的文丘里管差壓流量計?，F(xiàn)在已形成一個相當規(guī)模從事流量測量技術(shù)和儀表研究開發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)。 流量計的分類及特點照目前最流行、最廣泛的分類法，即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質(zhì)量流量計和插入式流量計。由上述可知，流量計發(fā)展到今天雖已日趨成熟，但其種類仍然極其繁多，至今尚無一種對于任何場合都適用的流量計。超聲波流量計由于其自身特點和其優(yōu)勢，具有開發(fā)及完善的更大前景。超聲波流量計作為一種非接觸式測量儀表，相對于傳統(tǒng)的流量計而言具有以下優(yōu)點:(1)可作非接觸測量；(2)為無流動阻撓測量，無額外壓力損失；(3)原理上不受管徑限制，其造價基本上與管徑無關(guān)；(4)可測量固相含量較多或含有氣泡的液體，可測量非導(dǎo)電性液體，是電磁流量計的一種補充；(5)因易于實行與測試方法相結(jié)合，可解決一些特殊測量問題，如速度分布嚴重畸變測量，非圓截面管道測量等；(6)某些傳播時間法超聲波流量計附有測量聲波傳播時間的功能，即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。 超聲波流量計兩種主要測量原理及對比超聲波流量計的測量原理，大致可分為兩種：一種是利用超聲波的傳播速度隨流速變化而發(fā)生變化的原理來測量的超聲波時差法流量計；另一種是利用超聲波在有懸浮顆?；驓馀莸牧黧w的傳播過程中由于懸浮顆?；驓馀莸姆瓷涫蛊浒l(fā)生頻移的多普勒效應(yīng)來測量的多普勒流量計。對于前者，只要是超聲波能夠透過的測量對象都能進行測量，但不適宜測量混入非常大的且有妨礙物體（例如大量的雜物和氣泡）的流體；而多普勒流量計的測量原理則決定了它只適用于一些雜質(zhì)顆粒較大的場合[9]。例如:煤漿、污水、漿體等含固體或雜質(zhì)較多的液體,通常不適于清潔流體的測量。第二章 超聲波流量計的總體設(shè)計 超聲波換能器概述 超聲波換能器能量轉(zhuǎn)換原理超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。在發(fā)射超聲波的過程中，換能器將電能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為聲能，： 發(fā)射超聲波過程的能量轉(zhuǎn)化在接收超聲波的過程中，換能器將聲能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為電能，： 接收超聲波過程的能量轉(zhuǎn)化 超聲波換能器的類型及主要性能指標目前常用的超聲波換能器有兩大類，即電聲型與流體動力型。目前比較常用的是壓電超聲波換能器。壓電換能器屬于超聲波換能器器中電聲型的一種。它的特點是阻抗高且呈容性，還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點。屬于晶體的如石英，妮酸鏗等，屬于壓電陶瓷的有錯欽酸鉛，欽酸鋇等。相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。因此，用這種材料可以制成超聲波換能器。前者用于超聲波的發(fā)射，后者用于超聲波的接收。這種超聲波換能器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f0 的交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率f0 。當所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率，利用這一特性可制成各種頻率的超聲波換能器。當施加于它兩端的交變電壓頻率等于晶片的中心頻率時，輸出能量最大，傳感器的靈敏度最高。超聲波的頻率越高，聲束擴散角小