【正文】 ） 式中 ,ρ 為氣體密度 。V 為流速 。 由圖 22 可知 ,如果能檢測(cè)出 泄漏 孔附近在某一個(gè)頻率點(diǎn)的聲強(qiáng) ,則可以推算出該泄漏孔的雷諾數(shù)。但是對(duì)于不同的泄漏孔 ,并不知道它的力學(xué)平均直徑 ,因此光知道雷諾數(shù)還不能求出泄漏量。而對(duì)于工業(yè)容器 ,由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱 ,容器當(dāng)中的壓 力變化非常緩慢 ,所以可以認(rèn)為在一段時(shí)期內(nèi)是恒定值。p 為管內(nèi)壓力 。T1 為絕對(duì)溫度 。R 為氣體常數(shù) 。 當(dāng)雷諾數(shù)、氣體流速知道以后 ,就可以反求出該泄漏孔力學(xué)平均直徑 D,即可得出泄漏量。 3 超聲檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原理與各單元電路的概述 電路系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程 小孔氣體泄漏所發(fā)出的超聲波強(qiáng)度是極其微弱的 ,而且在工業(yè)場(chǎng)合 ,環(huán)境噪聲是 相當(dāng)大的。在本系統(tǒng)中只檢測(cè) 40kHz 點(diǎn)的 泄漏超聲波 的強(qiáng)度 ,原因是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出 ,在 40kHz 點(diǎn)的泄漏超聲波能量都是比較大的 ,而且泄漏聲和 本底噪聲 能量差值也最大 (如圖 31所示 )。 圖 31 本底噪聲與泄漏聲聲壓圖 系統(tǒng)原理如圖 32 所示。信號(hào)放大電路由前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路組成。數(shù)字部分主要由 單 片機(jī) 和 LCD、 RAM、鍵盤(pán)等外圍設(shè)備組成。下面分別介紹 各部分原理 圖 32 系統(tǒng)原理圖 放 大 電 路 超聲 探頭 前 置 放 大 帶 通 濾 波 精 密 檢 波 A / D 電 路 LCD 鍵盤(pán) 單片機(jī) 穩(wěn)壓電源 放 大電 路混頻器 本 振 電 路 功 率 驅(qū) 動(dòng) 耳 機(jī) 各單元電路的介紹 超聲探頭的原理 超聲探頭也稱(chēng)為 超聲波傳感器 ， 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既 可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括： （ 1）工作頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共 振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。 （ 3）靈敏度。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低 。在這里我選擇了 雙電路、低噪聲運(yùn)算放大器 NE5532/A。3 ～ 177。；共模電壓 177。采用復(fù)頻域分析， 圖 3 5 二階有源 RC 帶通濾波器 可以得到電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為： 22 )1()1()1(2)(RCSRCSSRCSH??? （ ） 根據(jù)二階基本節(jié)帶通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式： H SK Q SS Q SPPPPP( ) ???????? ??? ??? ??? ?2 2 （ ） 可得增益常數(shù) 2?K ， 中心頻率 ? ?0 1? ?P RC， 品質(zhì)因數(shù) 1?? P 。 圖 36 二階有源 RC 帶通濾波器 幅頻特性 與無(wú)源情況相比，由于品質(zhì)因數(shù)提高，通頻帶寬度00 ?? ?? QB減小，濾波器的選擇性改善；此外，還能提供增益 (K=2)。另外，二極管的正向壓降隨溫度而變，所以檢波器的特性也受溫度影響。而且檢波器的等效內(nèi)阻及溫度敏感性也比普通檢波器好得多。D1的導(dǎo)通為放大器提供了深度負(fù)反饋，因此，放大器的反相輸入端 2 為虛地點(diǎn)，檢波器從虛地點(diǎn)經(jīng)過(guò) R2 輸出信號(hào)。 當(dāng) Usr 為正時(shí)， Usc0，所以 D1 截止，只要 Usc 達(dá)到 ， D2 就導(dǎo)通，這時(shí)，可把 D2的正向壓降 UD 看成是放大器的輸出失調(diào)電 壓， 因此電路相當(dāng)于反相輸入的比例放大器，其傳輸 特性為 Usc=(R2/R1)Usr=Usr。Usc=Usr(Usr0) 。它的死區(qū)電壓非常小，等于二極管的正向壓降 UD 的 1/Go1 倍。 F)倍，當(dāng)R2R1 時(shí)，檢波器還兼有電壓放大作用，可將信號(hào)放大 R2/R1 倍。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)START（不應(yīng)小于 100us） 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 但 由于本系統(tǒng)規(guī)模較小且要其精度不高，而 ADC0809 雖然轉(zhuǎn)換速度較快但連線較多，我不予采用，而用連線較少的 ADC0831 就可以滿(mǎn)足要求。與微處理器接口時(shí)只需 3 根線， DO 其中為 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)串行輸出， CLK 為時(shí)鐘信號(hào)， CS 為片選信號(hào)， ADC0831 的工作時(shí)序如圖38 ，圖 38 所示，在第二個(gè) CLK 的下降沿后， DO 輸出最高位 MSB， 8 個(gè)時(shí)鐘后轉(zhuǎn)換完成。 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信 號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 另外引腳 A和 K為背光引腳 ,A接正 ,K接負(fù)便會(huì)點(diǎn)亮背光燈 . 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣 字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A” 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令。（說(shuō)明： 1為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃 爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 do{ P0=0xff。 RW=1。 if((P0amp。 } E=0。 } /**********************************/ void ENABLE(uchar order) { P0=order。 RS=0。 RW=0。 E=0。 test_busy()。 E=1。 } void writedata(uchar digital) { P0=digital。 RS=1。 RW=0。 E=0。 test_busy()。 E=1。 } /************************************/ void resetlcd(void) /*lcd 初始化設(shè)置 */ { DELAY()。 /*/8 位點(diǎn)陣方式 */ ENABLE(0X38)。 /*/移動(dòng)光標(biāo) */ ENABLE(0X06)。 } 單片機(jī)與鍵盤(pán)的連接電路 一般的具有人機(jī)對(duì)話的單片機(jī)系統(tǒng)少不了會(huì)有鍵盤(pán)。下面就我對(duì)單片機(jī)鍵盤(pán)接口的了解和應(yīng)用對(duì)單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)鍵盤(pán)的接口原理及應(yīng) 用作一個(gè)說(shuō)明，并附加相應(yīng)鍵盤(pán)的匯編子程序和 C 語(yǔ)言子函數(shù)。 1*4 按鍵的單片機(jī)鍵盤(pán)接口： 當(dāng)鍵盤(pán)的數(shù)目最多為 4 個(gè)時(shí)，我最佳的接口方案當(dāng)然是獨(dú)立式接法了，即每一個(gè) I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地）。（注意： 1~4 按鍵的鍵盤(pán)的接法許多，如果接成掃描式可以占用更少的 I/O 口，但從程序復(fù)雜性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的綜合考慮的話，獨(dú)立式鍵盤(pán)接法應(yīng)該是 首選） 獨(dú)立式鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī) I/O 口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使 I/O 口為低電平。我所要做的就是在程序中查尋此 I/O 口的電平狀態(tài)就可以了解是否有按鍵動(dòng)作了。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī) 械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤(pán)在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須去除或避開(kāi)它。軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避開(kāi)抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤(pán)穩(wěn)定了再對(duì)其處理。 圖 310 鍵盤(pán)接口電路 本振電路 NE555 時(shí)基電路封形式有兩種，一是 DIP 雙列直插 8 腳封裝，另一種是 SOP8 小型（ SMD）封裝形式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。 圖 311 是它的內(nèi)部功能原理框圖，圖 312 是它的內(nèi)部等效電路。輸入控制端有直接復(fù)位 Reset 端，通過(guò)比較器 A1，復(fù)位控制端的 TH、比較器 A2 置位控制的 T。它們控制的優(yōu)先權(quán)是 R、T、 TH。 表 1 NE555 的極限參數(shù) 電源電壓 允許功耗 工作溫度 儲(chǔ)藏溫度 最高結(jié)溫 +18V 600mW 10— +70℃ 軍用 55— +125℃ 65— +150℃ 300℃ 混頻電路 混頻器的作用是變 頻（或混頻），是將信號(hào)頻率由一個(gè)量值變換為另一個(gè)量值的過(guò)程。 一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào)： 混頻器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。 低通濾波 二階有源 RC 低通濾波器 (1)二階有源 RC低通濾波器的幅頻特性 圖 313 圖 313所示電路為二階有源 RC 低通濾波器，運(yùn)算放大器 A 構(gòu)成同相放大器，其閉環(huán)增益為 211 ??? RRA F , (利用這一點(diǎn)可以判斷運(yùn)算放大器工作是否正常 )。 正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫(xiě)成： PPP QjKjR CCRjH??????? 1112)(22222 ?????? （ ） 其幅頻函數(shù)為： 2222222222)(])(1[)1(2)(PPP QKCRCRjH????????????? （ ） 由上式可見(jiàn)： 當(dāng) 0?? 時(shí)， 2)0( ?? KjH 當(dāng)RCP 1????時(shí)， 2)( ?? KQjH PP? 當(dāng) ??? 時(shí)， 0)( ??jH 其幅頻特性如下圖 314 所示 與無(wú)源情況相比，由于 QP 增大，隨著頻率增加幅值函數(shù)減小較慢；此外，還能提供增益，即 K=21。為使外圍元 件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW,使得 LM386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。 特性 : 靜態(tài)功耗低，約為 4mA,可用于電池供電。 外圍元件少。 低失真度。 濾波電路將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。直流電源的方框圖如圖 316 所示 圖 316整流濾波方框圖 1 橋式整流電路 （ 1）工作原理 橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖 317（ a）所示。根據(jù)圖 317（ a）的電路圖可知： 當(dāng)正半周時(shí)，二極管 D D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。