（毕业论文）基于单片机的超声波流量计 ㊣ 精品文档 值得下载

朗之万用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。

随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型二〇〇八年六月十八日星期三电磁力型静电型等多种超声换能器。

材料科学的发展，使得应用最广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电藕合系数高价格低廉性能良好的压电陶瓷人工压电单晶压电半导体以及塑料压电薄膜等。

产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。

产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波扭转波弯曲波表面波等。

如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达电子通信和成像技术等方面。

流量计的发展历史及现状数千年前，人们为了适应农业灌溉和水利的需要，就已经开始关注流量测量问题，古埃及就已经出现了堰的雏形。

在现代工业领域，流量测量仪表是工业自动化仪表和装置中的大类仪表之，在各方面有广泛的应用，是发展工农业生产节约能源改进产品质量提高经济效益和管理水平的重要工具，无论在商业贸易和工业生产中，对流体流量计量的需求都在不断增长。

流量计在国外的发展较快，几个工业发达国家均有相当数量的流量仪表生产厂家，有专业生产多品种的流量仪表的综合大型企业，也有专业生产品种单性能独特的流量仪表小型企业，数量上以后者居多。

目前美国有余家，英国德国和日本也均有家以上，我国有家以上。

我国开展近代流量测量技术方面的工作较晚，早期所需流量计均从国外进口，直到世纪年代中期才出现光华精密机械厂所制造的家用水表，世纪年代初有了新成仪表厂所开发的文丘里管差压流量计。

世纪年代开始有了涡轮流量计和电磁流量计等本国产品。

现在已形成个相当规模从事流量测量技术和仪表研究开发和生产的产业。

我国年流量仪表产量不包括家用燃气表和家用水表估计超过万二〇〇八年六月十八日星期三台。

流量计的分类及特点照目前最流行最广泛的分类法，即分为容积式流量计差压式流量计浮子流量计涡轮流量计电磁流量计流体振荡流量计中的涡街流量计质量流量计和插入式流量计。

以上为按照较传统的测量原理设计的流量计量仪表，现在还出现了几种新工作原理的流量仪表，如静电流量计复合效应流量仪表转速表式流量传感器等。

由上述可知，流量计发展到今天虽已日趋成熟，但其种类仍然极其繁多，至今尚无种对于任何场合都适用的流量计。

每种流量计都有其适用范围，也都有局限性，这就要求我们能在现有知识与技术基础上，研制新型仪表，提高精确度等指标，使其在现有基础上更加完善。

超声波流量计由于其自身特点和其优势，具有开发及完善的更大前景。

超声波流量计概述超声波流量计的发展及现状超声波流量计的特点超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，来测量体积流量的仪表。

超声波流量计作为种非接触式测量仪表，相对于传统的流量计而言具有以下优点可作非接触测量为无流动阻挠测量，无额外压力损失原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关可测量固相含量较多或含有气泡的液体，可测量非导电性液体，是电磁流量计的种补充二〇〇八年六月十八日星期三因易于实行与测试方法相结合，可解决些特殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等些传播时间法超声波流量计附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。

超声波流量计由于具有以上的优点，被广泛的应用于工业测量领域。

超声波流量计两种主要测量原理及对比超声波流量计的测量原理，大致可分为两种种是利用超声波的传播速度随流速变化而发生变化的原理来测量的超声波时差法流量计另种是利用超声波在有悬浮颗粒或气泡的流体的传播过程中由于悬浮颗粒或气泡的反射使其发生频移的多普勒效应来测量的多普勒流量计。

时差法流量计通过测量出超声波沿顺流方向和逆流方向的时间差来计算流量多普勒法将超声波射束放射于与流体同速度流动的微粒子，并接收从微粒子反射回来的反射波，测出多普勒频率来测量流量。

对于前者，只要是超声波能够透过的测量对象都能进行测量，但不适宜测量混入非常大的且有妨碍物体例如大量的杂物和气泡的流体而多普勒流量计的测量原理则决定了它只适用于些杂质颗粒较大的场合。

时差法超声波流量计主设置为负脉冲触发方式开外部中断字节发送子函数，调用其将传递入函数中的个字节通过串行口发送出去二〇〇八年六月十八日星期三等待发送完成清除标志，准备下次发送数据发送子函数，将发送缓冲区内的个字节数据连续发送串行口中断子函数，用于接收数据如果该中断由接收数据引起清除标志位，准备下次接收清除发送模式标志，不允许发送以下是连续接收个字节的数据且将其放入接收缓冲区内二〇〇八年六月十八日星期三外部中断服务子函数，当接收到个外部中断后不允许单片机进入发送状态，准备接收另外块单片机发送的数据握手信号子函数，使用外部引脚产生个负脉冲，通知另外块单片机该单片机即将发送数据二〇〇八年六月十八日星期三软件延时，得到个脉冲宽度显示子程序函数定义定义数组存放千百十个位的字型码，将千位数的字型码赋给将百位数的字型码赋给将十位数的字型码赋给将个位数的字型码赋给数码显示将四个位上的字型码顺次输出将字型码首先赋值给可按位寻址型变量二〇〇八年六月十八日星期三将个位从低到高顺次输出由产生脉冲上升沿右移位看门狗子程序发送字节数据子函数将数据放入中产生个上跳变左移位发写读使能命令二〇〇八年六月十八日星期三发写状态字命令定时产生脉冲键盘行列扫描子程序键盘扫描判断，如果按键则进行相应处理按键处理模块二〇〇八年六月十八日星期三扫描键盘模块定义扫描初值发扫描值读入扫描值第列被按置此键的标志位清此键的标志位第列被按置此键的标志位清此键的标志位二〇〇八年六月十八日星期三第列被按置此键的标志位清此键的标志位第列被按置此键的标志位清此键的标志位置下次扫描值按键预处理二〇〇八年六月十八日星期三初始按键返回码设定为无按码扫描键盘，延时以消除抖动，没松开按键就等按键松开如果不止个键被按则返回无按码本处也可进行多按键处理二〇〇八年六月十八日星期三键被按，返回此键的标识码如果无键被按则返回无按码二〇〇八年六月十八日星期三延时模块，二〇〇八年六月十八日星期三致谢本设计是在王志春副教授的精心指导和帮助下完成的，在设计整个过程中，王老师给予了我全力的支持和帮助，王老师严谨的治学态度丝不苟的科研精神渊博的知识和平易近人的态度，让我不仅巩固了很多专业上的知识，还学会了很多做人的道理，培养了我认真踏实和丝不苟的精神。

在此，我要向王老师表示衷心的感谢和深深的敬意，其次，我还要向在整个设计工程中给过我帮助的老师和同学们表示由衷的感谢，最后，向白忙中抽出时间来评审论文和参加答辩的各位老师表示最诚挚的谢意，二〇〇八年六月十八日星期三毕业设计说明书基于单片机的超声波流量计二〇〇八年六月十八日星期三摘要测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表，流量计是工业测量中重要的仪表之。

超声波流量计与以往传统的流量计相比，具有很多优点，是种非常理想的节能型流量计。

本设计在查阅大量文献资料的基础上，选择了时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究。

主要进行了以下的详细研究研究了时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中传播特性及超声波换能器的特性及安装选择进行了深入研究在测量精度的提高方面，讨论并采用了超声波时差测量的新方法多脉冲测量法。

对流量计的硬件电路及软件编程进行了详细的设计分析关键词超声波流量计单片机超声波换能器时差法多脉冲声循环法二〇〇八年六月十八日星期三，二〇〇八年六月十八日星期三目录摘要第章概述超声的相关概念超声的相关概念超声的研究发展和应用流量计的发展历史及现状流量计的分类及特点超声波流量计概述超声波流量计的发展及现状超声波流量计的特点超声波流量计两种主要测量原理及对比第二章超声波流量计的总体设计超声波换能器概述超声波换能器能量转换原理超声波换能器的类型及主要性能指标超声波换能器的选择及设计超声波换能器的主要参数超声波换能器的选择超声波换能器的安装方式及选择时差法测量原理及影响测量的主要因素二〇〇八年六月十八日星期三型安装方式时差法测流量的测量原理影响测量的主要因素型安装方式时差法原理介绍多脉冲测量原理第三章超声波流量计次仪表部分硬件设计超声波发射电路的选择与设计超声波接收信号调理电路选择与设计级放大电路带通滤波电路二级放大电路第四章超声波流量计二次仪表部分硬件设计系统工作原理概述芯片资料总线收发器计数器级二进制计数分频器超声波顺流逆流发射接收控制电路计数电路原理概述从单片机的作用及选择主单片机的作用及选择显示电路显示器的结构和原理二〇〇八年六月十八日星期三共阴极结构及静态显示原理键盘电路看门狗电路主单片机与从单片机的通信接口主从单片机通信的作用主从单片机的连接方法第五章系统软件设计软件系统结构总述主单片机软件设计从单片机软件设计从单片机的软件流程图主从单片机数据发送子程序流程键盘子程序键盘行列扫描主程序流程图键盘扫描子程序流程图按键预处理子程序流程图按键处理子程序流程图超声波换能器发射接收切换控制流程图设计程序仿真调试过程结论参考文献附录附录二〇〇八年六月十八日星期三致谢二〇〇八年六月十八日星期三第章概述超声的相关概念超声的相关概念我们生活的世界充满了各种声信号，人们可听到的声音频率为，即为可听声波，超出次频率范围的声音，即以下的声音称为低频声波频率高于人类听觉上限频率约的声波，称为超声波，或称超声。

声波的速度越高，越与光学的些特性如反射定律折射定律相似。

由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向不同，声波的波形也不同，般分为横波纵波和表面波。

质点振动方向与传播方向致的波，称为纵波，它能在固体液体和气体中传播质点的振动方向与传播方向相垂直的波，称为横波，它只能在固体中传播质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速地衰减，称为表面波，表面波只在固体地表面传播。

超声的研究发展和应用超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。

年首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动