【正文】 ..........................................................................11 單片機(jī)AT89S52的結(jié)構(gòu)............................................................................11 單片機(jī)系統(tǒng)及復(fù)位電路設(shè)計(jì).....................................................................16 報(bào)警電路..................................................................................................................17 顯示電路設(shè)計(jì)..........................................................................................................18 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)..............................................................................................18 LM555定時(shí)器.............................................................................................19 74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路..........................................................................20 三極管放大電路.........................................................................................22 超聲波發(fā)射換能器.....................................................................................22 超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì)......................................................................................23 多反饋型濾波器.........................................................................................24 包絡(luò)檢波，OPA積分器，RC高通濾波..................................................25 電壓比較器的施密特接法.........................................................................28 鍵盤..........................................................................................................................30第4章 軟件設(shè)計(jì).....................................................................................................................32 主程序......................................................................................................................32 超聲波接收子程序..................................................................................................34 顯示子程序..............................................................................................................36 鍵盤子程序..............................................................................................................37 計(jì)算子程序..............................................................................................................39第5章 抗干擾處理.................................................................................................................41 硬件抗干擾處理......................................................................................................41 軟件抗干擾處理......................................................................................................43總結(jié)...........................................................................................................................................44參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................45致謝...........................................................................................................................................46附錄A.......................................................................................................................................47附錄B.......................................................................................................................................52第1章 緒論 課題的背景意義 計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。工業(yè)生產(chǎn)過程是流量測(cè)量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。 利用超聲波風(fēng)速流量計(jì)來測(cè)量生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)風(fēng)速，特別是使井下通風(fēng)量得到保證，保證安全生產(chǎn)。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴?，必須?duì)污染大氣的煙氣以及其他溫室氣體排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。超聲波傳感器在流動(dòng)空氣介質(zhì)中收，發(fā)超聲波，檢測(cè)頻率發(fā)生變化的矩形方波，通過計(jì)算式來求得風(fēng)速。 國(guó)內(nèi)外超聲波風(fēng)速測(cè)量?jī)x的現(xiàn)狀 國(guó)外風(fēng)速測(cè)量?jī)x的現(xiàn)狀 超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測(cè)介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的。超聲波流量計(jì)雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，對(duì)流體又不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計(jì)。超聲波渦街流量計(jì)是在流體中安放一根(或多根)非流線型阻流體(bluffbody)，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率下比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測(cè)元件測(cè)出旋渦頻率就可以推算出流體的流量。國(guó)外對(duì)超聲波渦街流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制訂很重視，90年代初國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)即成立起草工作組起草超聲波渦街流量計(jì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，1993年提出委員會(huì)草案(ISOICD 12764)，至1997年頒布為技術(shù)報(bào)告(ISO／TR 12764：1997)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美、日皆制訂有超聲波渦街流量計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ASMEIANSI MFC6M1987和JIS 287661989)D1。附加的旋渦干擾了渦街信號(hào)，降低了信噪比；二是準(zhǔn)確測(cè)量小流量，因?yàn)樾×髁克a(chǎn)生的橫向升力較小，檢測(cè)信號(hào)非常微弱，易受流體沖擊振動(dòng)噪聲和管道振動(dòng)噪聲的影響，存在一個(gè)量程下限死區(qū)，從而造成量程比受限，小量不能測(cè)量。超聲波渦街流量計(jì)己躋身通用流量計(jì)之列，無論國(guó)內(nèi)外皆已開發(fā)出多品種、全系列、規(guī)格齊全的產(chǎn)品，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化工作亦很重視，我國(guó)早在80年代就制訂了渦街流量計(jì)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(ZBN 1200889)和檢定規(guī)程JJG62089。國(guó)內(nèi)研究甚至在某方面科技含量更高，國(guó)內(nèi)流量計(jì)一般分為以下這幾種：1) 容積式流量計(jì)2) 葉輪式流量計(jì)3) 差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì))4) 電磁流量計(jì)5) 超聲波渦街流量計(jì) 本文的主要內(nèi)容是先闡述設(shè)計(jì)的背景意義，目前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，后對(duì)超聲波渦街風(fēng)速計(jì)的可行性進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)以及超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)量風(fēng)速的硬件部分，采用對(duì)應(yīng)的軟件程序。為了保證超聲波風(fēng)速測(cè)量?jī)x能很好的工作，提高工作的可靠性和穩(wěn)定性，在軟件和硬件方面都采用的相應(yīng)的抗干擾補(bǔ)償措施。即在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)非流線型的對(duì)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(huì)在其下流兩側(cè)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。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式： (21)其中：f旋渦發(fā)生頻率，Hz；V1旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m／s；D旋渦發(fā)生體直徑，mm；St昕特勞哈數(shù)(無量綱)；m旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比。渦街傳感器所測(cè)的并不是平均流速，而大約是旋渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。即不同的流速下具有不同的流速分布，進(jìn)而說明了渦街流量傳感器檢測(cè)到的主要反映旋渦發(fā)生體兩側(cè)的流速與管道平均流速的關(guān)系不是唯一確定的。管道內(nèi)體積流量Q為： (23)式子中K是流量計(jì)的儀表常數(shù)，脈沖數(shù)/m3(P/m3) 儀表常數(shù)足除了與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈數(shù)有關(guān)。大量試驗(yàn)證明，幾何形狀相同的旋渦發(fā)生體，無論尺寸大小，只要在相似的流場(chǎng)中(雷諾系數(shù)Re相等)，就具有相同的St數(shù)值。用來感受交變應(yīng)力的敏感元件可以是應(yīng)變片，也可以是壓電晶體、壓電陶瓷或其他類型的元件，由于壓電元件具有輸出信號(hào)大、損耗小、響應(yīng)快、耐溫高和機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，故已普遍應(yīng)用于渦街流量計(jì)。在這一頻率范圍內(nèi)的震動(dòng)稱為聲振動(dòng)，聲振動(dòng)激起的縱波稱為聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、固體、液體中傳播。 利用超聲波感知或檢測(cè)物體，有非破壞性，遙控性、實(shí)時(shí)性、可穿透性等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了其獨(dú)到之處。近年來，超聲波的波長(zhǎng)范圍已經(jīng)達(dá)到um級(jí)，頻率也已經(jīng)擴(kuò)大到GHz級(jí)，分辨率達(dá)到um級(jí)的顯微鏡已實(shí)用化。人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波。實(shí)質(zhì)上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器，它將其他形式的能量轉(zhuǎn)化成超聲波的能量（發(fā)射換能器來完成）和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其他易于檢測(cè)的能量（接收換能器來完成）。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單晶體、欽酸鋇壓電陶瓷，錯(cuò)欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體等。所謂壓電效應(yīng)是指對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向?qū)λ┘訅毫r(shí)，內(nèi)部出現(xiàn)極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉時(shí)又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象就稱為逆效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。 1 頻率特性 下圖23是超聲波的頻率特性曲線。而在f0兩測(cè)，聲壓能級(jí)迅速減小。 f0為中心頻率。在構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)時(shí)一般設(shè)置選頻電路。如果R較小，（如小于10K）頻率特性曲線變的平滑而且具有放寬的帶寬，同時(shí)靈敏度也隨著降低。因此，超聲波接收器應(yīng)配合使用較大上拉電阻和其他整形濾波環(huán)節(jié)