超声波流速传感器(有模块图)

**科技大学学士学位论文 目录..摘要超声波流速传感器是以超声波在液体中传播，载上流体流速，通过信息处理，获取流速的一款智能仪器。测量流速还可以为测量流量提供最直接的帮助，所以流速传感器作为超声波流量传感器的核心局部。本论文主要是针对明渠的流速测量，在经过分析比照后，得到了使用时差法测流速的结论。然而，超声波流速传感器是最近二三十年才得到研究生产并且投入使用的新型仪表，市场上各种各类的超声波流速传感器层出不穷，很多商家也处于观望的态度，毕竟刚刚研制出来的产品，质量还不够成熟，有些问题还没有得到解决，因此，在信息时代的今天，这种新型仪器是非常值得研究。本论文是在查阅国外大量相关文献，充分调研的根底上完成的。在提高准确度的情况下缩减电路模块的使用，通过另类的时差算法，防止了温度对测量数据的影响。以下是本论文主要的研究地方：超声波在流体中传播的特性；超声波换能器的原理，选择以及使用方法；对几种不同的超声波流速传感器特别是时差法超声波流速传感器进展了理论的分析研究。在对传统的时差法研究的情况下，发现其受温度的影响很大，不仅数据的准确性受到干扰，还要增加使用温度模块修正数据。因此，改良了时差算法，防止温度的影响。选取了高精度芯片TDC-GP2作为时间测量模块；设计了过零阀值比拟电路，有效减少干扰信号。3.在硬件设计方面：以模块的形式，从接收到显示，逐一详细介绍。在器件的选型，参数计算，匹配，提高精度等方面进展研究分析，以求到达高效能，低本钱的硬件设计电路。4.在软件设计方面：结合硬件设计电路，设计出主流程图，编写主程序，再逐一研究设计各个功能模块，完成软件设计。5.制作硬件电路的原理图。关键词：超声波时差法TDC-GP2明渠AbstractUltrasonicflowsensoristransmittedintheliquidbyultrasonic,basedonvelocityofflow,throughinformationprocessing,obtainthevelocityofaintelligentinstrument.Measurementoftheflowratecanalsoprovidedirecthelpforthemeasurementofflow,sothevelocitysensorasthecorepartoftheultrasonicflowsensor.Thispaperismainlyaimedatthemeasurementofflowvelocityinthechannel,afteranalysisandparison,theuseoftimedifferencemethodofvelocitymeasurementresults.However,ultrasonicflowsensorisanewtypeofinstrumentinrecentlytwentyorthirtyyearsresearchproductionandputintouse,theultrasonicflowsensoronthemarketallkindsofemergeinanendlessstream,manybusinessesareinawait-and-seeattitude,afterall,hasjustdevelopedproducts,qualityisnotmatureenough,someproblemshavenotbeensolved,therefore,intheinformationageoftodaythisnewinstrument,isveryworthyofresearch.Thisthesisisavailableinalargenumberofrelevantliteratureshomeandabroad,topletethefullinvestigationonthebasisofthe.Usingthereductionofthecircuitmoduleinimprovingtheaccuracyofthecase,thedifferencealgorithmoffbeat,avoidtheinfluenceoftemperatureonthemeasurementdata.Thefollowingisthemainresearchareas:1.Characteristicsofultrasonicwavepropagationinafluid;theprincipleofultrasonictransducer,selectionandusemethodofultrasonicflowsensor;severaldifferentespeciallytransittimeultrasonicflowvelocitysensorareanalyzedtheory.2.Intheresearchmethodoftimedifferencetothetraditionalcase,founditsgreataffectedbytemperature,notonlytheaccuracyofthedataisdisturbed,butalsoincreasetheuseofmoduletemperaturecorrectiondata.Therefore,thetimedifferencealgorithm,avoidingtheinfluenceoftemperature.SelectthehighaccuracychipTDC-GP2asthetimemeasurementmodule;designofthezerocrossingthethresholdparisoncircuit,effectivelyreducetheinterferencesignal.3.Intheaspectofhardwaredesign:bythemoduleform,fromthereceivertothedisplay,onebyonetointroduceindetail.Inthedeviceselection,parametercalculation,matching,improvetheprecisionandotheraspectsofresearchandanalysis,theballtoreachhighperformance,lowcosthardwarecircuitdesign.4.Intheaspectofsoftwaredesign:binationofhardwarecircuitdesign,designedthemainflowchart,pilethemainprogram,thenthedesignofeachfunctionalmodule,softwaredesign...目录1绪论…………...…11.1研究意义…………………..................11.2历史背景以及现状…………...............21.3流量传感器的分类………….…...........31.4超声波的概念………….….…..............31.5超声波的特性………….………......…41.6超声波在明渠流速传感器中的应用……….…………52超声波流速传感器的分类与原理………......…52.1多普勒法的原理……….……………….………......…52.2相位差法……….………72.3直接时差法原理以及算法改正…….…82.4频率差法……….………93超声波流速传感器的硬件设计………..……...113.1总模块设计……….……………..….113.2超声换能器的设计……….……..……123.3超声波发射电路的硬件设计……….……………..…163.4超声波接收电路的硬件设计……….……………..…173.5切换开关的设计……….………..……243.6计时电路的设计……….………..……253.7微处理器的选型……….………..……283.8复位电路的设计……….…………..…29..3.9单片机晶振的设计……….………..…303.10显示电路的设计……….……………303.11M-BUS通信电路的设计……….……..353.12按键电路的设计……….…………..374超声波流速传感器的软件设计……....….384.1按键程序的设计……….….....…….384.2超声波发射程序的设计……….………………..….394.3计时程序的设计……….…..……….394.4TDC-GP2程序的设计……….………………...……..414.5显示程序的设计…….………..…….424.6通讯子程序的设计……….……………….………..435总结及展望……….……..……45参考文献……….………..………46致……….…………………..….47附录……….………………..…….48附录1系统原理图……….…….…....48附录2局部功能实现子程序……….………….…….49附录3外文文献翻译……….……....53..1绪论1.1研究意义从人类进入文明时代以来，就开场关注农业灌溉和水利问题，不断在寻找可靠的测量方式以求获得更多准确的信息。古代埃及就出现了堰的雏形从而开启了测量的先河。明渠是一种有自由外表(外表上各点受大气压强的作用)的水流渠道。根据渠道的形成可分为天然和人工明渠。前者如江河渠道；后者有人工输水渠道、运河以及没有充满水流的管道等。明渠又名水渠、人造河流、河道、运河，狭窄的谷地。在大雨洪涝灾害时，明渠可以有效泄洪。在工厂区，明渠引导废水到海洋或废水处理厂。在矿区，明渠有效疏导地下水，防止透水事故的发生。在农业区，明渠作为农作物灌溉的水分来源。火电厂引水和排水渠，城市供水引水渠等。有效的采集明渠信息是对工农业开展，防止灾害，保护生命财产平安具有重大意义。在很多行业对流速传感器的需求持续增长。明渠流速传感器与其他封闭满管流量仪表不同，是在非满管状态下或敞开渠道具有自由便面自然流的流量仪表。明渠原理的明渠流量计价格低廉、使用简单，因而在明渠流量测量中被广泛采用。1.2历史背景以及现状1928年德国科学家研制出第一台超声波流量计，并取得了专利。时至今日超声波流量计以有76年的历史。1955年首先应用于马克森〔MAXSON〕流量计测量航空燃烧油，这是循环法的两组探头〔换能器〕组成的液体流量计1958A.L.H-ERDRICH等人创造折射式探头，由于他们的研究可进一步消除由于管壁的交混回响所产生的相位失真，也为管外夹装提供了理论依据。进入20世纪七十年代以后，由于集成电路和锁相环路技术的开展，使超声波流量计得以克制以前的成功准确度不高，响应慢，稳定性与可靠性差等致命弱点，使实用的超声波流量计得以开展。近20年来特别是近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理技术的快速开展，基于新型探头材料与工艺的研究以及声道配置与流量动力学的研究，超声流量测量技术取得了长足进展，显示了强劲的技术优势，开展势头迅猛。2000年在巴西召开的国际流量测量学术会议〔FLOMEK-O‘2000〕上共宣读学术论文集103篇，其中直接涉及超声波流量计及超声波技术的论文20篇，约占论文总数的1/5。在历次国际流量学术会议上，采用超声波流量计作为传递标准的文献愈来愈多，可见超声波流量计其潜在的巨大的生命力。现如今，流速计在国外开展迅速，在欧洲兴旺国家均有相当多的流速传感器生产厂家和研究机构，有专业化的多类流速仪表生产企业，也有单一生产的小规模厂家。大局部还是小规模单一性生产居多。现如今美国已有超过200家，英国，法国和日本也均有50家左右。具不完全统计我国有250多家，可以看出国的需求量是很可观的。我国近代测量技术开展比拟晚，在自己生产之前都是靠从兴旺国家进口。直到抗日战争初期才有自己的生产厂家，光华精细机械厂是我国第一家生产家用水表的工厂。解放初期，文丘里管差压流量器在国诞生，它是由新成仪表厂开发研制。后来逐渐出现涡轮流量计和电磁流量计等。现在我国也有相当规模的从事测量技术研究机构和生产厂家。二十世纪末流量仪器已经超过25万台。1.3流量传感器的分类近几年来，广泛使用的流量传感器有：差压式、涡轮式、电磁式、流体振动式、转子式、往复活塞式、旋转活塞式、冲击板式、分流旋翼式、热动式、超声波法。1.4超声波的概念从物理学的角度来看，声波属于声音的类别，是机械波中的一种，人类能听见的声波，频率围为16Hz至20KHz。假设声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，如果高于20KHz，我们那么称为超声波声波。超声波因为其最低频率大约等于人的最高听觉频率而得名。超声波方向性能好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测量距离和速度、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。声波按原理划分，可以分为检测超声和功率超声。在医学、军事、工农业上有很多的应用，声波是物体作机械振动，传播能量的一种形式，所谓振动是指物质的质点在其ch=ch.bk.innerlink"平衡位置附近进展的往返运动。比方，鼓面经敲击后，鼓面上下振动，振动状态通过空气，液体或者固体向周围传播，就产生声波。高于20KHZ频率的声波，人类是听不见的，人们把其叫做超声。超声和可听见声其实是是一致的，它们的主要特点都是一种机械振动，是能量的传播形式。不同点是超声频率高，波长短，在一定围，直线传播具有优良的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率围在2MHZ到5MHz之间，最常用的为3NHZ到3.5MHz〔质点每秒振动1次为1Hz，1MHz=10^6Hz,即每秒振动达100万次〕1.5超声波的特性超声波具有如下特性：1〕超声波在液体中传播时，在界面上能产生强烈的冲击和空化现象。2〕超声波可以在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。3〕超声波会产生反射、干预、叠加和共振现象。4〕超声波可传播较强的能量。超声波效应的利用：超声检验。超声波频率高波长短，具有较好的方向性，能穿透不透明物质，超声波探伤、测厚、测距、遥控和ch=ch.bk.innerlink"超声成像技术就是利用这一特性而做成。超声成像是利用超声波呈现不透明物部形象的技术。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息〔如对声波的反射、吸收和散射的能力〕，经声透镜会聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进展检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干预原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术根本一样，只是记录手段不同而已〔见全息术〕。用同一超声信号源鼓励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像，通常用摄像机和电视机作实时观察。超声处理。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进展超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反响和进展生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。1.6超声波在明渠流速传感器中的应用明渠超声波传感器利用超声波检测技术，将检测到的超声波转化为电信号的传感器，一般分为两类，第一类是利用流速的变化的时间差法，频率差法，相位差法，其根本原理都是通过检测超声波在顺逆流的液体中的传播时差来反映流速所以又称之为传播速度差法。时差法和频差法消除了温度对检测的影响，测量精度高，广泛被使用；第二类是利用超声波随流速而发生偏移，而反映的流速，称之为多普勒超声波流速法。向明渠的液体中发射超声波，超声波在流动的液体中载上流速，再用接收探头也就是换能器将信息传送到微处理器上进展数据处理，最后得到流速。超声波传感器是非接触测量仪器，不阻碍液体的流动，具有很高的测量精度。在实际应用中，只需在明渠两岸安装上发射和接收探头就能采集数据。2超声波流速传感器的分类与原理2.1多普勒法的原理多普勒频移法的原理是基于声波的多普勒原理，当声源与接收器发生相对运动时，接收器接收到的声波频率会随之发生频率变化。当声源产生的波(声波、电磁波、光波等)向接收方向传播时，接收者接收波的频率会增大；当波源背离接收者的方向传播时，接收者接收波的频率会减小。当观察者相当于声源有一样的移动时，同样可以得出这种现象。这种现象被称为多普勒效应。由于在明渠流体中含有固体颗粒，固体颗粒可以反射超声波，超声波的频率随着水流的流动产生相对接收者不同的频率声波，通过对频率与流速之间的关系，从而获取流速。测量原理图如2.1图。换能器B水流方向。。。颗粒的流速方向V。。。。θ换能器A图2.1多普勒频移法的原理图图中换能器A代表发射换能器，换能器B代表接收换能器，V为流体中固体颗粒相对换能器的速度，发射超声波与颗粒运动的速度方向之间的夹角为θ。设换能器发射的超声波频率为f1,经过流体中固体颗粒散射，散射超声波所产生的多普勒频移为，颗粒接收到的超声波频率为f0,换能器B所接收到的超声波频率为f2，超声波传播速度为C，根据多普勒效应定理可知当声源固定，接收器向声源靠近f=f0当接收器远离声源时f=f0;当接收器固定时，声源向接收器靠近时f=f0,当声源远离接收器接收器f=f0。换能器向颗粒发射超声波，颗粒为第一个接收器，接收频率f0=f1:当颗粒作为发射器向换能器B发射超声波时，接收频率为f2=f0=f1.多普勒频移=f1-f2=2f1;vcosθ相对于c非常小，原式=2f1,.2.2相位差法相位差法超声波流速测量原理如图2.2所示。图中管道口径为D,流体以速度ν流过管道,A,B为发射换能器,A′,B′为接收换能器,θ为超声传播角,c为超声波在流体中的传播声速。超声正程发射接收过程由发射换能器A发出的超声波,沿顺流方向穿过流体,由接收换能器A′接收,顺流传播的时间为′=。超声逆程发射/接收过程由发射换能器B发出的超声波,沿逆流方向穿过流体,由接收换能器B′接收,逆流传播的时间为′=(2)由式(1),(2)可得顺逆程超声波传播时间差为Δt=′-′(3)相位差法测量的物理量是两组信号的相位差。当两个发射换能器发射连续的超声波信号时,两个接收换能器接收到的信号之间产生的相位差为Δφ=2πfΔt(4)式中,f为超声波频率。由式(1)-(4)可得流体流速为ν==kΔφ图2.2相位差法的原理图2.3直接时差法原理以及算法改正为流速方向和超声波传播方向的夹角，当为锐角时，称之为顺流；当为钝角时，称之为逆流。超声波信号在动态介质(流体)中，与静态介质(流速为零)相比，顺流时信号传播速度增加，传播时间减小，同样逆流时超声波信号传播速度减小，传播时间增加，从而顺逆流方向超声波信号传播时间存在一个差值(即时差)。利用超声波在横向穿过流动的液体时,在其顺流和逆流介质中,其超声波的速度有差异而形成速度差(时间差)。图2.3.1中，A和B分别为两个超声波换能器，V为液体流速，H为明渠宽度，θ超声波进入液体的入射角。t1为换能器A发射、B接收时，超声波在明渠中传播时间，即顺流时间；t2为换能器A，B承受时，超声波在明渠中传播时间，即逆流时间。具体方法如下:当从A到B顺流发射超声波时，声波根本上顺流传播，速度快时间短，其传播时间为:t1=L/(c+v*cos)(1)图2.3.1时差法原理当从B到A逆流发射超声波时，逆流传播、速度慢、时间长，即t2=L/(c－v*cosθ)(2)式中:L为2个换能器之间的距离;c为超声波在静止的流体中的流速;v为被测流体的平均流速;θ为2个超声波换能器线与管道所夹的锐角。两种方向传播的时间差Δt为:Δt=t2－t1=2Lvcosθ/(c2－v2cos2θ)(3)由于v＜＜c，v2cos2θ可忽略，故有Δt=t2－t1=2Lvcosθ/c2(4)即v=c2Δt/(2Lcosθ)(5)L=当流体中声速c为常数时，流体的流速v与Δt成正比，测出时间差即可以求出流速v，进而得到流量。值得注意的是，一般液体中声速往往是在1500m/s左右，而流体流速只有每秒几米，如要求流速测量的精度到达1%，那么对声速测量的精度需为～数量级，这是难以做到的，更何况声速受温度的影响不易被忽略，所以该方法不易实现流量的准确测量。文中提出另一种测量方法，速差法，可以有效解决以上问题。速差法测流量的测量原理为:当从A到B顺流发射超声波时，式(1)可表示为:c+v*cosθ=L/t1(6)从B到A逆流发射超声波时，式(2)可表示为:c－v*cosθ=L/t2(7)式(6)、式(7)相减得:2vcosθ=L/t1－L/t2=L(t2－t1)/(t1t2)(8)设顺流和逆流的时间差为Δt=t2－t1，并代入式(8)有v=LΔt/［2t1(Δt+t1cosθ］(9)由式(9)可见，流体的流速v与声速c没有直接关系，从而防止了测声速c的困难，同时这种方法还不受温度的影响，容易得到可靠的数据。时差法的多声道测量方法为了得到更准确的测量数据，采用多个探头，安装在明渠水流的不同切面，再求平均值，得到明渠的断面流速，如图2.312.4频率差法频率差法是在相位法和直接差法的根底上开展起来的被测流体有两个通道，顺流和逆流通道，一个通道顺流发射超声波，另一个逆流发射超声波。顺流发生超声波时，接收到的超声波频率既f1==；逆流发射超声波时，接收到的超声波频率既f2==；频率差Δf=f1-f2=，..明渠流速V=。频率差法测流速公式中不含超声波速度C，故受温度的影响小，测量效果比相位法准确。3超声波流速传感器的硬件设计3.1总模块设计通过上一章对超声波在流速传感器中应用的介绍，再结合明渠的特点，本次设计只需要采集超声波在明渠中随水流顺逆流传播的时间差，再使用算法进展处理，最后显示和传送数据，完本钱次设计任务。本次设计以单片机为核心，两个超声波换能器作为发射或者接收器，通过计时模块计时，传送到单片机，数据经过单片机处理，发送到显示模块和传送模块，同时外接一些信号处理电路以及按键电路。总体控制流程图如图3.1。图3.1总体控制流程图3.2超声波换能器的设计压电瓷晶片传感器一般采用双压电瓷晶片制成，如图3.2.1所示。需用的压电材料较少，价格低廉且非常适用于气体和液体介质中。在压电瓷片加有大小和方向不断变化的交流电压时，据压电效应，就会使压电瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向是于外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电瓷晶片上加有频率为f的电压脉冲，晶片就会产生同频率的机械振动。这种机械振动推动空气等媒质，便会发出超声波。反之，如在压电瓷晶片上有超声波作用，将会使其产生机械变形，这种机械变形使压电瓷晶片产生频率与超声波一样的电信号。当在A，B间施加交流电压时，假设上片的电场方向与极化方向一样，那么下面的方向相反，因此，上下一伸一缩，形成超声波振动。压电瓷晶片有一个固有的谐振频率，即中心频率F0，发射超声波时，加在其上面的交变电压频率要与它的固有谐振频率一致，接收超声波时，作用在它上面的超声机械波的频率也要与它的固有谐振频率一致。这样，超声波传感器才有较高的灵敏度，当所用压电材料不变时，改变压电瓷晶片的几何尺寸，就可以非常方便地改变其固有频率。超声波传感器由压电瓷晶片、锥形谐振板、底座、端子、金属壳及金属网构成。如图3.2.2所示，其中压电瓷晶片是传感器的核心，锥形谐振板是发射和接收超声波的能量集中，并使传感器有一定的指向角。金属壳可防止外界力量对压电瓷晶片及锥形谐振板的损害，金属网也是起保护作用的，但不影响发射和接收超声波。图3.2.1压电晶片示意图图3.2.2换能器的构造图主要压电参数测试包括：测试压电片的谐振频率和反谐振频率、测量谐振阻抗测试原理利用压电瓷的谐振特性作为压电换能器，因为压电片是一弹性体，并存在固有谐振频率，当外界作用的频率等于谐振频率时，压电片就会产生机械谐振，谐振时振幅越大，产生的机械能量也就越大。因此，基于压电片的压电效应，采用输入电信号的方法，利用逆压电效应使压电片产生机械振动，而利用正压电效应输出电信号。测试线路图3.2.4给出完整的测试线路。它是由一台正弦波信号发生器、一台高频交流电压表、一个可变电阻器和开关线路组成。该线路可以测试压电片的谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗、品质因数，并通过计算获得机电耦合系数。图3.2.4超声换能器的测试线路图测试谐振频率将压电晶片接入测试线路中，将开关K1置于A位置，开关K2置于B1或B2位置。调节信号发生器输出电压为1V，并逐步由低到高改变电压频率，当信号频率调至接近2MHz频率时，对应该频率的压电晶片应产生谐振，进一步微调频率，使其谐振阻抗应最小，输出电压应最大，该点即为压电晶片最小阻抗时的频率。反之，当信号频率继续增大到某一频率时，晶片阻抗最大，输出电压最小，以表示最大阻抗时的频率。测试结果，把阻抗最小时的频率看作是谐振频率，阻抗最大时的频率作为反谐振频率。设计要求：谐振频率应满足2MHz±15%；反谐振频率：3.414MHz±15%。测试谐振阻抗将开关K1拨至C位置，也就是用无感电阻计代替压电片。开关K2拨到测试压电片时的位置B1或B2，保持信号发生器到谐振频率处，改变电阻计的阻值，使电压表指示值与测试压电片时一样，当拨动开关K1到A位置时，电压指示值仍保持不变，此时测量电阻计的阻值即为压电片的谐振阻抗Zm。不同压电片在同一谐振频率下时谐振阻抗存在偏差，但要求偏差在±10%以。超声换能器的声电匹配及其实现：压电瓷晶片在高频交流的驱动信号下，其谐振的动态特性与LC谐振回路十分的相似，其等效电路如图3.2.5所示。图3.2.5压电瓷晶片动态等效电路图图3.2.5中，C0为等效静态电容，L1为等效动态电感，C1为等效动态电容，R1为等效动态电阻。根据交流电路的原理以及图3.2.3可以计算出晶片的串联谐振频率点〔3.1〕并联谐振点的频率fp为〔3.2〕基于上述分析可以知道，驱动信号经过匹配电路使得压电瓷晶片工作在串联谐振点或者并联谐振点，使得发射超声换能器的发射的声能最大，可以增大弱信号的能量，对提高计量精度很有意义。3.3超声波发射电路的设计超声波发射电路采用单脉冲发射电路，由脉冲发生和信号放大电路组成，脉冲由单片机通过软件编程实现，将脉冲方波信号从I/O口输出，高频超声波在液体的穿透能力更强，同时考虑到衰减问题，综合上述因素，本次设计的超声波发射电路发射的超声波频率为1MHZ；信号放大电路主要由三极管和变压器组成。脉冲信号从单片机送出后，触发计时器开场计时，同时经过三级管放大，变压器的升压，到达足够大的功率后触发超声波换能器产生超声波，变压器除了升压外，还能使振荡器的输出阻抗与负载的超声波换能器阻抗匹配，变压器与换能器接成单端鼓励式。超声波发射电路如图3.5。图3.3超声波发射电路3.4超声波接收电路的设计发射换能器发射超声波信号后，信号穿透明渠水流再被接收换能器接收，由于明渠中的气泡和杂质必然会消弱超声波信号，导致信号不稳定，接收换能器接收到的超声信号比拟微弱，而且超声波流速计工作环境也比拟复杂，信号处理的好坏直接影响到超声流速计的精度，所以对接收信号的调理是非常必要的，本课题信号处理局部主要包括放大电路、带通滤波电路和超声波的整形电路。超声波接收信号处理的原理图框图如图3.4.1。二级放大带通滤波波形整行一级放大信号接收二级放大带通滤波波形整行一级放大图3.4.1信号处理框图3.4.1放大器的设计本课题的放大器采用的是OP07,Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压〔对于OP07A最大为25μV〕，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低〔OP07A为±2nA〕和开环增益高〔对于OP07A为300V/mV〕的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移：150μV最大。低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5μV/℃。超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压围：±3V至±22V工作电源电压围是±3V~±18V；OP07完全可以用单电源供电管脚图如图3.42。图3.4.2OP07芯片的管脚图放大电路分为两级，第一和第二级放大电路，第一级为前置放大器，是高阻抗输入级，高输入阻抗是为了与传感器的高阻抗匹配而设计，第三级是可调增益放大，利用放大器增加对超声波回波信号的放大倍数，总的放大倍数可按实际信号通过第二级放大电路调节。电路图如图3.4.3和图3.4.4。图3.4.3第一级放大电路图3.4.4第二级放大电路第一级放大器的放大倍数A==100.第二级为可调放大倍数的放大器。3.4.2带通滤波电路的设计带通滤波电路，让限定频带之的信号分量通过，而对该频带之外的信号分量大大抑制的谐振电路。由于超声流量计工作环境比拟复杂，接收到的超声波信号用的换能器主频为1MHz的超声波信号，含有环境噪声信号，为了得到纯洁的超声信号，就必须采用滤波电路把噪声信号滤除，考虑到在滤波的同时又不能衰减超声信号，因而采用有源带通滤波电路来实现滤除杂波信号、提高信噪比的目的。电路图如图3.4.5。图3.4.5二阶带通滤波器由比例系数，令中心频率，当f=，C1=C2=C,R1=R,R2=2R时通带放大倍数，通频带，由电路的幅频特性可知Q值越大，通带放大倍数数值越大，频带越窄，选频特性越好。，要让Q到达最大，3=1+,,RC=,假设C1=C2=0.1nF,R=R1=1.6K,R2=3.2K。3.4.3过零阀值比拟电路的设计把过零点作为接收换能器接收到超声信号的标志，能较好地解决由接收换能器接收到超声信号幅值变化而导致到达时刻点误判的问题，可以较准确超声流量计测量顺、逆流时间，解决了阈值比拟法的缺乏问题，有效抑制静态漂移。通过上述的讨论与分析，本课题结合过零和阈值比拟法的方式，称为过零阈值比拟模型，可较好解决阈值比拟法的缺乏问题，抑制静态漂移，能提升超声流量计的测量精度。过零阈值模型实现电路图如图3.4.6所示，该电路比拟器芯片采用的MAX961，管脚图如图3.4.7具有锁存功能和带有关断模式的低功耗功能，通过控制LE、SHDN就可直接实现以上两种功能。图3.4.6过零阀值比拟电路图3.4.7MAX961的封装图图3.4.6中，Ultrasonic为接收的超声波信号；Z为硬件阈值；Q1、Q2、Stop为输出信号；reset为单片机I/O引脚，控制比拟器1是否锁存；SHDN为单片机I/O引脚，控制比拟器的工作模式。图3.4.8过零阈值模型信号处理过程在静态状态下，时差法超声流量计在对顺流时间测量时，接收到的超声信号经图3.4.6所示电路处理时，各局部被处理后的信号如图3.4.8，处理步骤如下：第一步:超声波信号ultrasonic经过第一比拟器时，当幅值大于阈值Z时，此时Q1输出高电平，此时和reset信号经过或非门运算后使该比拟器进入锁存状态，此时Q1的波形被锁存，即一直为高电平，如图3.4.8(b)图所示；第二步:超声波信号ultrasonic经过第二比拟器时，与零电平进展比拟，比拟出来的信号Q2的波形如图3.4.8(c)图所示；第三步:把图3.4.8中的(b)和(c)图波形经过与门电路进展逻辑与运算，最后得到输出波形如图3.4.8(d)所示，stop信号为接收到的超声波信号最终整形的信号，作为接收换能器接收到超声波信号的标志，即触发计时芯片GP2停顿计时。经过以上三步后，流量计系统可以测得比拟准确顺流时间T3，重复同样的步骤可测得逆流时间T3,从而能够计算出较准确的时间差ΔT3、静态瞬时流量。3.5切换开关的设计使用时差法测量明渠流速，需要测量顺流和逆流的时间，再算出时间差。按照原理需要四个换能器，两个测顺流时间，另外两个测逆流时间。但是为了简化电路，提高换能器测量的准确度，同时考虑到超声波换能器可以将声信号转化为电信号，也可以将电信号转化为声信号的双重特性，所以简化为两个换能器，使用切换开关，对上下游的两个换能器控制，其中一个为发射换能器，另一个必定为接收换能器，从而到达顺逆流测量的切换，由单片机I/O控制.本课题采用的切换开关芯片是TS5A22364如图3.5.1,电路图如图3.5.2,其主要特性：负轨〔Negative〕信号性能：模拟输入/输出围V+-5.5V至V+；置分流开关〔shuntswitch〕,消除两个信号源之间切换时所能听到的开关机噪声〔仅TS5A22364〕;低通态阻抗〔0.65典型值〕；低电荷注入；卓越的通态阻抗匹配；2.3V至5.5V电源供电。图3.5.1切换芯片TSA22364部硬件图图3.5.2切换开关连接图模拟开关IN1和IN2连接单片机I/o口作为控制端口，控制功能如下：IN1IN2换能器A，B状态01换能器A为发射换能器，换能器B为承受换能器10换能器B为发射换能器，换能器A为承受换能器00无接收信号111接信号输入端，当IN1=0时与NC1相连，换能器A为发射换能器；IN1=1时与NO1相连，换能器B为发射换能器。2连接信号输出端，当IN2=0时与NC2换能器A为接收换能器；当IN2=1时与NO2相连，换能器B为接收换能器。3.6计时电路的设计向明渠中的流体发射超声波到接收超声波这段时间间隔非常小，同时也是本次课题最主要采集的信息，同时也是最直接和最容易影响最后数据的因素。考虑以上因素，本课题采用TDC-GP2这款芯片测量顺逆流的时间TDC-GP2是ACAM德国公司TDC系列的新一代产品。它具有超高的精度和小尺寸的封装，尤其适合于低本钱的工业应用领域。TDC-GP2具有高精度时间测量，高速脉冲发生器，接收信号使能，温度测量和时钟控制等功能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用。这款芯片利用现代化的纯数字化CMOS技术，将时间间隔的测量量化到60PS的精度，给超声波流量计的时差测量提供了完美的解决方案,TDC-GP2的部原理图如图3.6.1。图3.6.1TDC-GP2的部原理图GP2部集成了非常多的适用于超声波流量/热量测量的功能，那么我们首先从测量精度来了解一下TDC-gP2的优势。TDC-gP2的单次时间间隔测量的典型精度为65Ps也就是说部通过1个逻辑门的时间被确定在大约65Ps。以GP2的65Ps精度测量所获得的测量精度将可以优于0.5%。TDC-gP2有非常好的数据统计特性。它的部集成了一个噪声单元，这个噪声单元的主要目的就是为了在屡次采样取平均值的时候可以最大限度的消除噪声。由于我们知道，量化误差通过普通平均的方法是没有方法消除的，因为最小的量化阶越已经固定，平均只能最高到达最小量化阶越的精度。那么通过这个噪声单元的引入，使平均后的精度能够甚至低于量化阶越的精度成为可能。通过屡次平均测量数据可以使在测量很小流量〔例如0.51/min〕的情况同样可以得到非常好的精度。本设计采用测量方式2，只有一个Stop通道对应于一个Start通道，具有3次采样功能，分辨率为50ps。测量方式2扩展了最大的时间间隔，在该测量方式下，TDC不是测量整个时间间隔，而是从Start或Stop信号开场测量，到相邻的参数时钟上升沿的时间间隔(finecounts)，在两次细测量中间，同时记录下参考时钟的周期个数(coarsecounts)，因而测量方式2测量的时间是精细测量和粗测量时间的总和，测量原理如图3.6.2。Time=Trefx(Cc+(Fc1-Fc2)/(Cal2-Cal1)图3.6.2TDC-GP2测量时间原理图32.768KHZ由微处理器提供，小于0.5μ低电状态为0μA，激活状态为270μA。TDC非激活状态为<150nA，高速单元激活期间为150ms,每秒钟进展两次每秒钟进展两次测量〔顺/逆流〕，总的电流消耗<2μA。3.7微处理器的选型从性能和功耗方面考虑，本课题选用的控制器是AT89C52单片机，AT89C52是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机．片含8KbyTES的可反复擦写的只读程序存储器〔PEROM〕和256byTES。的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片置通用8位中央处理器〔CPU〕和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。如图3.7.1主要性能参数：与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容；8字节可重擦写FLASH闪速存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0HZ-24MHZ；三级加密程序存储器；256X8字节部RAM；32个可编程I/0口线；3个16位定时／计数器；8个中断源；可编程串行UART通道；低功耗空闲和掉电模式，部框图如图3.72图3.7.1AT89C52原理图图3.7.2AT89C52的部框图3.8复位电路的设计为了保证系统平安可靠的工作，而专用的复位芯片具有快速上电复位，掉电复位等功能。本课题采用MAX708复位芯片，如图3.81。其具有体积小功耗低，可以保障系统在不同异常的情况下可靠的复位，防止系统失控。图3.8MAX708构成的专用复位电路构成的复位电路有3种功能上电复位当接上电源VCC后，MAX708通电，电源VCC有一个过渡过程，从0V-5V.在这段时间，VCC低于复位门限电压4.4V,上电比拟器就会输出低电平到复位发生器端口，产生200ms的复位脉冲输出。电源下降复位把电源经过两个电阻分压后与输入端PFI相连，假设电源电压下降，使PFI电平低于1.25V时，端就会输出低电平。如果把与MR相连，那么输出的低电平直接加到复位发生器，复位发生器将产生200ms的复位脉冲信号。手动复位当按键MR被按下时，会产生低电平脉冲到复位发生器里，将产生200ms的复位脉冲输出。3.9单片机晶振设计为了能够在单片机的I/O口输出1MHZ的超声波驱动方波信号，通过计算和设计，将晶振频率设计为24MHZ，如图3.9。图3.9单片机晶振电路3.10显示电路的设计本课题选用LED数码管电路作为显示电路，结合地理知识，一般情况下，明渠的流速在个位数以，采用四个八段位的的LED显示芯片，至少可以将测量流速准确到千分位。LED数码管的构造及工作原理如图3.10.1，LED〔LEDSegmentDisplays数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个"2〞字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。共阴和共阳极数码管的部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。图3.10.1LED数码管的引脚图LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。A、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进展驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进展驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示那么需要5×8=40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进展驱动，增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到一样的字形码，但终究是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制翻开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。关于74ls273介绍74ls273是8位数据/地址锁存器，只有在去除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。CPU的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK端相连，原理图如3.10.2。1脚是复位CLR,主去除端，低电平有效,当1脚是低电平时,芯片被去除输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位;当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。CP〔CLK〕：触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。图3.10.2锁存器74LS273的原理图使用四个LED数码管与四个74LS273相连，锁存器的一端接单片机的输出口，作为数据总线，单片机的I/O口作为片选信号，p2.4,p2.5,p2.6和p2.7。片选信号和单片机的WR口经或门输出接到锁存器的时钟端。这样只需要单片机将数据送到输出口，同时通过片选，在WR端输出脉冲，就可以将数据送到指定的数码管。由于74LS273的锁存效果，即使单片机输出端口的数据消失，数码管也可以保持不灭，这样就防止不断向数码管输送数据，不仅节约I/O口，也简化了程序。另外在74ls273的复位端加了简单的复位电路，当需要去除数码管的数据时，只需要按下按键，四个锁存器的复位端输入低电平，同时全部芯片的输出端被清零。电路图如图3.10.3。图3.10.3显示电路原理图3.11M-BUS通信电路的设计本模块设计用于超声波流速传感器向上位机传送信息，使用M-BUS通信协议。M-Bus远程抄表系统〔symphonicmbus〕是欧洲标准的2线二总线，具有的特性〔1〕传输速度快，传送速度为300至9600Baud，数据交换时耗为0,1至0,5秒。〔2〕材料要求不高，安装方便，布线简单、易操作；(2)总线供电，不需要额外电源，可靠性高；(3)信号传输方式独特，抗电磁干扰比拟强；(4)传送距离可达几公里之远。设计电路如图3.113所示本课题将TSS721作为通信接口芯片，TSS721A将整个数据发送与接收功能集成于一体，。芯片的封装图如图3.111所示。图3.112为各个管脚功能的简单说明。该芯片具有以下主要功能：(1)满足国际EN1434-3标准；(2)具有动态电平识别的接收逻辑；(3)通过电阻可调接收电流；(4)无极性连接；(5)防掉电功能；(6)可提供3.3V稳压源；(7)支持远程供电；(8)半双工下通信速率可达9600波特率，支持UART协议；(9)从机可由总线或后备电池供电；(10)只在数据传输时总线有效。图3.11.1TSS721封装图图3.11.2TSS721的管脚功能图3.11.3通信模块电路3.12按键电路的设计在测量明渠流速中，两个换能器之间的距离是计算流速的重要数据，距离L不可能作为一个定值放在计算程序中，因为不同的明渠宽度，和不同的测量环境的L会变化的。根据情况可以通过按键作用于单片机修改参数L，硬件图如图3.1.2。由于单片机的I/O口还有剩余，按键要现的功能并不多，按键采用独立方式，将独立的按键一对一直接接到I/O输入线上，读键值时直接读I/O口，每个键的状态通过软件延时的方消除抖动。图3.1.2独立键盘的电路原理图K:修改换能器间距LK2:增一键K3:减一键K4:确认键..4超声波流速传感器的软件设计4.1按键程序设计按键的功能是修改计算明渠流速的参数，一共用四个按键，A键：修改换能器安装距离L,；B键：加1；C键：加1；D键:确认修改；键值处理流程图如图4.1。图4.1按键软件流程框图4.2超声波发射子程序设计方波频率f=1MHZ,周期T==s.假设让定时器计满0.5×s,P1.0输出0；再计满0.5×s，P1.0输出1，就能产生1MHZ的方波晶振为24MHZ,1个机器周期Tc=12×(MHZ)=0.5×s,计数值N计算公式:M=T/Tc=1N=-M=65536-00001=FFFFH4.3计时程序设计通过循环检测，到计时子程序，测量超声波顺逆流时间。首先翻开外围电源，延时5，初始化TDC-GP2,让其进入开场计时准备，系统顺逆流总共测量20次，通过调用切换开关子程序，进展顺逆流切换，每次测量将数据通过处理后直接送入单片机。为了防止超声波接收失败对测量的影响，程序中使用布尔型标志变量REC,REC的初始值为0，当接收失败是REC=0，重新测时，当接收到信号且REC=1，说明传感器成功接收信号。具体流程图如图4.3。开场开场开外围电源开外围电源延时五秒延时五秒初始化TDC-GP2初始化TDC-GP2P1.1=0,p1.2=1P1.1=0,p1.2=1TDC-GP2测时TDC-GP2测时REC=1"REC=1"NYN++,REC=0N++,REC=0N_=10"N+20"NNN_=10"N+20"P1.1=1,p1.2=0P1.1=0,p1.2=0YYP1.1=1,p1.2=0P1.1=0,p1.2=0返回返回图4.53测时流程图4.4TDC-GP2程序设计TDC-GP2的初始化：单片机通过spi四线通讯对TDC-Gp2的存放器寻址，并写入相应的控制字，完成初始化设置，写操作码的格式如图4.4.1，1ADR1ADR0000ADR201ADR1ADR0000ADR20图4.4.1TDC-GP2的写操作码格式操作码的后三位是写操作的写入地址，写操作码发送后，可在相应的地址存放器里写入控制字，对TDC-GP2进展设置。本课题的设置主要是选择上升沿作为触发计时信号和触发停顿信号，选择测量围2,单次测量脉冲为1,准确校准。设置完成后必需发送"INIT〞,完成初始化。对TDC-GP2的读数据：接收处理信号后，单片机触发ALU单元空闲中断，进入中断子程序，单片机对TDC-gP2进展读操作。TDC-GP2的读操作如图4.4.2。10110ADR2ADR1ADR010110ADR2ADR1ADR0图4.4.2TDC-GP2的读操作码格式后三位是读取地址，对TDc-Gp2的读存放器进展寻址.如果信号接收失败，REC=0,将会删除此次数据，重新发送。TDC-GP2测时程序流程图：本课题首先初始化TDC-GP2,再调用超声波发射子程序，防止测量误差影响。如果接收失败，没有接收到信号，计时将溢出中断，REC=0,取消读取数据；如果接收成功，收到stop信号，首先对时间进展准确校准，再送入ALU单元进展处理，单片机再对TDC-GP2进展读操作。具体的程序流程图如图4.4.3。图4.4.3TDC-GP2计时程序流程图4.5显示程序的的设计系统通过测时，存储，计算，最后到显示，本课题选用四个LED数码管，通过写入与单片机片选输出口经过或门接到锁存器，通过并行显示流程图如图4.5。图4.5显示程序框图4.6通讯子程序的设计系统与上位机通讯采用M-BUS总线协议，上位机发送通讯请求，系统做出相应回应，传送数据，帧格式如图4.6.1，传输序列图如图4.6.2，子程序流程框图如图4.6.3。图4.6.1M-BUS帧格式图4.6.2字节传输序列图4.6.3通讯子程序..5总结及展望本次设计是以单片机为核心，超声波为流速载体的智能测量仪器。在结合传统的的流速器的原理及优点外，提出了新的计算方法，不仅防止对超声波速度的影响，而且适当减轻电路的复杂性，同时也增加了测量的准确性。在测量时间的重要模块，在承受信号端提出了过零阀值电路对波形的整形，同时使用计算精细度特别高的TDC-GP2芯片都很好的提高计算的准确性。但是由于个人的能力以及时间限制，还有一些缺乏，比方按键模块的设计，由于I/O口有限，也没有进展扩展，所以省去了对传感器与水流之间的夹角θ修改按键设计，将θ设为定值，降低了智能仪器的人性化；另外在一些细节设计方面也有点问题和缺乏。通过此次设计，学习到很多以前没有学到的东西，也存在一些问题没有解决，在未来走向工作岗位的时候，我会继续努力学习查阅相关最新资料不断改善此时的缺乏。..参考文献[1]公茂法等"MCS-51/62单片机原理与实践"：：航空航天大学，2009[2]阎石"数字电子根底(第五版)"：：高等教育，2008[3]童诗白"模拟电子技术根底(第4版)"：：key=&key3=""""""""""""&medium=01&category_path=01.00.00.00.00.00"高等教育1980[4]金永君"超声波测流量"：：矿业学院158105[5]谷树忠,文洲,航"AltiumDesigner教程:原理图、PCB设计与仿真"电子工业，2010[6]董德明，新荣"超声波流量计的原理及应用"机电产品开发与创新,2009[7]高建亭，王璐芳"单片机在超声波流量计中的应用"工业大学成人教育学院学报，2001[8]"高精度低功耗芯片TDC-GP2在热表中的应用":德国acammesselectronic，2003[9]TSS721AMETER-BUSTRANSCEIVERSLAS222-April1999[10]TDC-GP2Universal2ChannelTime-to-DigitalConverteracam-solutionsintimePrecisionTimeIntervalMeasurement[11]明伟等"一种高精度时差法超声波流量计"仪器仪表学报，2007[12]艳"一种新型超声波流量传感器"科技大学电信学院710021[13]满红等"一种时差式超声波流量计及其简化算法"职业技术学院518055"现代电子技术"2009年第4期总第291期..致在本次论文的撰写中，我得到了徐乐年教授的精心指导，不管是从开场定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高;同时也显示了教师高度的敬业精神和责任感。在此，我对徐教授表示诚挚的感以及真心的祝福。四年的大学生活即将完毕，回忆几年的历程，教师们给了我们很多指导和帮助。他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典。在此，我对所有教师表示感，祝你们身体安康，工作顺利!..附录附录1系统原理图..附录2局部子程序发射超声波子程序：ORG0000HLJMPMAIN;跳转到主程序ORGO100H；主程序MAIN:MOVTMOD,#01H；置T0工作在方式1SETBTR0；启动定时器LOOP:MOVTH0,#0FFH；载入计数值MOVTL0,#0FFHJNBTF0，＄；TF0=0,定时时间没到，等待CLPTF0；TF0=1定时时间到，清TF0CPLP1.0;P1.0取反输出SJMPLOOPEND显示子程序：MOVR0,#7EH;显示缓冲器的地址R0MOVR2,#01H；位控制字，先点亮最低位MOVA,R2MOVDPTR,#TAB;字型表头地址LP0:P2,AMOVA,R0；取显示数据MOVCA,A+DPTR；取出字形MOVP0，A；送出显示ACALLD1MS；调延时子程序DECR0；数据缓冲区地址减1MOVA，R2ACC.5,LP1；扫描到最左面的显示器了吗RLA；没有到，左移1位MOVR2，AAJMPLP0LP1：RETTAB:DBC0H，F9H，A0H，B0H，99H，92H82H,F8H，80H，90H,00H，10H，78H12H，19H，30H，79H，20H，00H，02HD1MS：MOVR7，#02H；延时1ms子程序DL：MOVR6,#0FFHDL1：DJNZR6，DL1DJNZR7，DLRET时间测量子程序：voidtimemeasurement(void)

{

unsignedlongintM;

spi_write8(TDC_init);//初始化TDC

_NOP();

spi_disable();

P5OUT|=(BIT3);//EN_START

P5OUT|=(BIT1);//EN_STOP

GP2_START();//给start信号

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();//延迟

P5OUT|=BIT0;//给STOP信号

_NOP();

while((P5IN&0x10)==0x10)//判断中断置位否

_NOP();

GP2_TMSTAT();//GP2状态读取

_NOP();

spi_write8(read_reg0);//读时间测量数据

_NOP();

M=spi_read32();

_NOP();

}计算流速子程序：ls(){ doublev; uintv1v=L*Δt/［2t1*(Δt+t1*cosθ］;//将tc带入计算流速 v1=v*100;//格式的流速和流量乘上100，方便赋值 data_v[0]=v1/1000;//将得到的值分别赋给对应的位：2个整数，2个小数；第一个数字为十位数 data_v[1]=(v1%1000)/100;//第2个显示个位数字 data_v[2]=(v1%100)/10;//第3个显示十分位 data_v[3]=v1%10; //第4个显示百分位附录3外文文献翻译TDC-GP2Universal2ChannelTime-to-DigitalConverteracam-solutionsintimePrecisionTimeIntervalMeasurement1.Introduction1.1SystemOverviewTDC-GP2isthenextgenerationofacamgeneralpurposeTDCs.Higherresolutionandsmallerpackagesizemakeitidealforcostsensitiveindustrialapplications.Withspecialfunctionalblockslikeafire-pulsegenerator,stop-enable,temperaturemeasurement,andclockcontrolitisperfectlysuitedforultrasonicflow-meterandheat-meterapplications.QFN5-32Measurementrange12channelswithtyp.50psresolutionrmsMeasurementrange0to1.8μs15nspulse-pairresolutionwith4-foldmultihitcapability4eventscanbemeasuredarbitrarilyagainsteachotherTriggertorisingor/andfallingedgeWindowingforprecisestopenableMeasurementrange21channelwithtyp.50psresolutionrmsMeasurementrange500nsto4ms2xCLKHSpulse-pairresolutionwith3-fold