1、主要性能参数的可反复擦写的只读程序存储器。本系统中，单片机为控制核心，主要工作为控制系统整体工作流程并计算气体流速和流量，的存储器容量和运行速度可以实现以上功能字节内部，用十存放系统软件运行过程中的临时变量个双向口个位定时计数器个中断源可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式。单片机的引脚配置引脚配置如图.所示图.引脚分配示意图.接收来自计数器的计数结束信号.,.,.与铁电存储器芯片的,端相连.,.,.与制器的端相连口为自计数器计数结果的位并行输入口.连接拉高电阻，为了控制打印机和串口的切换.输出超声波顺流逆流传播方向选择信号.连接主油路顺流超声波换能器触发群脉冲.连接主油路逆流超声波换能器触发群脉冲.,.，.接键盘矩阵.连接回油路顺流超声波换能器触发群脉冲.连接主油路逆流超声波换能器触发群脉冲.,.接打印机和串口。看门狗电路的初设计系统在运行过程中，由于外界的干扰，可。

2、幅值电平跟踪电路，确认正确收到了超声波信号，从而选通过零比较电路以产生计数器停止信号，原理图如图.所示采样选通电路主要由模拟开关四双向模拟开关运算放大器和比较器组成。电路中,分别为储能电容,其中,分别为超声波换能器的触发电路中的储能电容。图.中只画出了换能器采样选通模块原理图并以换能器的采样选通模块电路原理为例。说明其它各个换能器的工作原理。如图.所示由运放构成幅值采样电路，将前次接收到的幅值保存并与本次的比较。为单稳脉冲展宽电路。图.超声波换能器采样选通模块原理图峰值采样以主油路超声波换能器触发信号为例。通过中由定时器组控制输出的开关量信号作为模拟开关的控制信号，以此来协调采样电路的工作。的时序可以说明峰值采样电路的工作流程图.主油路峰值采样电路工作流程图对应路的储能电容放电，路的储能电容放电。对应路对接收到的信号进行峰值采样，并将采样的值通过电容保存。同时路将。

3、，本次油耗仪器的设计中我们选用了美国公司的铁电存储器芯片进行数据存储模块的设计。主要功能包含铁电非易失性存储器实时时钟低电压复位看门狗计数器非易失性事件计数器可锁定的串行数据标识和个用于电源失效中断输出的通用比较器。并且在此常规过程中，我们可以通过键盘中断实现显示界面的切换。系统工作流程图如图.所示。.系统硬件电路的模块设计微控制器模块单片机的选择根据前面的介绍单片机作为整个系统的控制核心，主要完成系统时序的控制超声波触发信号的产生测量数据的接收和处理以及控制键盘显示等功能。而且在上学年的单片机实验课上对单片机有了个初步的了解。所以本设计选择公司的单片机。是美国公司生产的低电压高性能位单片机，片内含的可反复擦写的只读程序存储器和的随机存储数据存储器，器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，与标准的指令系统及产品引脚兼容，功能强大的适合于许多较为复杂控制应用场合。。

4、通滤波器的增益为，设计值为，则带通滤波器的带通宽度为.。当中心频率值及增益确定后，可由下面的公式得到其中，的值是由管脚的连接方式决定的，在此将管脚接地，的值取，考虑到电阻选择的可行性，我们取，推导计算品质因数。这里需要注意的是，外接电阻的取值为。这样既能驱动运放又不会产生较大的寄生电容。所以外围电阻的取值为外围电路的连接如图.所示。我们通过两个二阶节的级联构成了个四阶巴特沃斯低通滤波器型带通滤波器。相比使用的运放和,电路组成的普通滤波器，使用四阶和八阶连续时间有源滤波器解决了计算复杂，参数难调整，寄生电容的干扰以及品质因数值难做高等问题。图.四阶带通滤波器电路.采样选通部分设计思想计数器的计数准确度是超声波流量计测量精度的关键因素，准确的打开和关闭计数器相当重要，此采样选通部分就是为了避免由噪声和换能器拖尾信号对计数停止信号的产生带来的影响。通过由运算放大器组成的。

5、作电压为或者。它与其他高速比较器的不同之处在于，当接收缓慢移动信号时，仍能保持稳定。发射接收切换电路这部分的作用是使两个探头在发射接收之间切换，并且使两个探头电路之间的连接更为节省硬件资源。作为对模拟信号的切换，切换电路的设计有三种方案用继电器进行切换二采用分离元器件三采用模拟开关。为节省成本以及使结构简单，通过分析比较，所以本设计暂时采用使用模拟开关来实现。其控制信号与采样选通部分的样由可编程逻辑阵列定时器组输出的开关量信号来控制。在系统设计时，为了使发射和接收信号便于测试和调整，两只换能器各配备了套收发电路。实时时钟看门狗及数据存储模块流量计系统需要数据存储模块来保存累计流量数据等数据，并且在系统发生意外掉电的情况下保证数据不丢失，流量计算所需的重要参数也保存在其中，方便系统调用。图.接口电路正如上文“看门狗电路的初设计”中提到的为简化设计电路和硬件成本等问题。

6、能造成系统软件运行紊乱，俗称程序“跑飞”。因此增加看门狗电路使软件运行出现错误时能够自动恢复，从而增强系统的稳定性和可靠性。本系统在设计之初拟采用美国公司出品的看门狗监控芯片设计看门狗电路。由于本设计需要用到储存芯片作为缓存，而且铁电储存芯片储存芯片兼具有看门狗和时钟功能，所以后来在设计存储模块时采用了美国公司铁电存储芯片，该芯片在作为非易失性存储器的同时兼具有看门狗和实时时钟功能。因此该部分介绍详见后面的存储模块章节。超声波发射模块超声波的发射和接收是超声波流量计系统的重要组成部分，而发射传感器的发射信号直接影响接收信号的好坏，除了要求超声波传感器性能优良外，与之配套的发射电路的设计也非常重要。超声波触发方式可分为单脉冲触发脉冲群触发和连续脉冲触发。根据超声波流量计系统的特点，我们选择脉冲群触发的方式。而选择脉冲群触发的方式，每组脉冲群中包含的脉冲个数是要考虑的。

7、保存的上次采样的峰值传递给。对应路的储能电容放电，路的放电。对应路将中保存的峰值传递给，同时路对接收到的信号峰值采样，并将采样值保存在。过零比较电路选通信号的形成由于管道中的流体流速的变化，接收到的信号包络幅值也会变化，但是由于幅值变化是个连续的过程，所以可以用上次接收信号的峰值与本次的比较。本轮收到的超声波信号与保存在储值电容中的上轮接收信号的幅值进行比较，产生过零比较电路中比较器的选通信号。实际中的比较电平，通过可调电阻分压调节，这里比较关键的点是，保证比较电平的增益与放大电路出来的信号增益相同，这需要通过实验调节，由于计数器的打开时间是触发群脉冲的第个脉冲产生的时间，但是这里关闭计数器的时间是峰值电压附近，这样就有误差，需要在最后计算中减去接收信号峰值前面几个波形的时间以保证计时的准确性，通过实验研究，我们是以第四个脉冲作为计数的停止信号。对放大器出来的信号。

8、开关在发射端发射完毕后个特定时间打开，允许接收信号进入后续放大处理电路，以避免由于干扰信号引起的计时结束误判，并且实现对放大电路的二级保护作用。的通断由输出的开关量控制。图.信号接收放大电路模块放大电路中采用的是宽带双运算放大器。是使用德州仪器公司互补双极增强工艺制造的低噪声高性能高速内部补偿输入运算放大器。它把低噪声和良好的输出驱动能力高转换速率和宽带宽组合在起，完全满足系统设计的需要。中有两个运算放大器，构成了两级负反馈放大电路。接收换能器把接收到的超声脉冲转化成比较弱的电信号，经两级负反馈放大电路，使信号达到电路能够处理的信号的要求。下图是参考的经过放大后的接收信号。图.经放大后的超声波信号.滤波电路接收到的超声波信号通过前置放大电路后，信号与噪声同时被放大，高品质因数的带通滤波器的引入可以保留所需频率的信号，削弱其他的噪声部分，为后续电路提供高信噪比的信号。

9、较得到的是脉冲信号，为了选通过零比较电路中的比较器高度比较器，通过个单稳脉冲展宽电路双通道可再触发精确单稳态多频振荡器可将脉冲展宽将第个脉冲展宽。脉冲展宽的宽度由和的乘积决定。实际电路中为，为，展宽后脉冲宽度为。图.是芯片工作前后的波形图的对比情况。图.的工作波形过零比较电路利用展宽后的脉冲去选通电路中比较器高速比较器，比较器此时输出个脉冲信号，脉冲下沿触发计数器使之停止计数。为排除噪声的影响比较器的门槛电压由通态特性的近似直线与电压轴的交点所得出的电压值不能选择理想，而拖尾信号已经在前次比较中消除了，不会再影响后续比较电路，所以本系统中电压比较模块的门槛电压选择.。图.结构示意图比较器选用的是是由公司生产的双组高速低功耗高精度电压比较器。片内有两个独立的比较器，如图.所示。该器件传播速度快典型值为，功耗低单个比较器工作电流为，每个比较器均有独立的锁存使用功能，工。

10、极管是为防止在停止发送后，信号会通过的输入段漏掉。图.是激励电压的波形，可以看到其波形稳定，上升沿陡峭，实验表明该电路在低压下能较好的激励超声波换能器。图.超声波换能器激励电压波形超声波接收及后续处理模块该部分电路负责将换能器接收到的超声信号进行放大滤波和比较。信号处理电路的要求很高，其中过零比较电路产生计数结束信号直接影响最终计时结果的精度。.接收及放大电路通过前面超声波换能器的介绍，我们知道超声波信号的接收利用的是压电元件的正压电效应，将超声波信号转换成电信号。本系统中超声波的发送和接收用的是同个换能器，所以超声波换能器不仅与发射电路连接还与接收电路连接，图.是超声波接收及放大电路部分原理图。，两个二极管为硅管，作用非常重要，在换能器作为发射用时，将集成运放输入端的电压钳制在最大的.，对放大电路起到保护作用。电阻起限流作用，需要较大额定功率。模拟开关四双向模拟。

11、。本系统采用公司的连续时间模拟集成有源滤波器芯片对信号进行带通滤波。由两个独立的二阶节组成，每个二阶节可以通过外面电阻的调节实现,型带通或低通滤波器。如果流体流动是不随时间显著变化的，称之为常流，式.和式.中的时间可以取任意单位时间。如果流动是非定时常流，即流量随时间不断变化，则式.和式.中的时间应足够短，以致可以认为在该段时间内流动是稳定的。所以流量的概念是瞬时的概念，流量是瞬时流量的简称。在段时间内流过管道横截面或明渠横断面的流体总量称为“累积流量”，也常被称为“总量”。在数值上它等于流量对时间的积分，例如时刻到时刻的累积体积流量和累积质量流量的计算公式为管道内流体理论.管道内流体的流动状态由于实际流体具有粘性，当实际流体在管道中流动时，般有两种流动状态，种是层流流动，种紊流流动。这是两种性质截然不同的流动状态，流速的计算方法也不相同。层流状态是指管内流体只有。

12、，脉冲数量多，由于叠加使超声波信号的能量增大，这样益于换能器的接收。但是脉冲数量越多，连续两次测量间所需的时间间隔就越大，否则会造成接收信号的无法分辨，般的文献中是建议取个脉冲，但是根据实际实验和计算，我们采用每组个脉冲的群脉冲触发方式。图.超声波发射模块由于汽车发动机的主供油管路的直径很小，所以本系统设计为小口径的管路超声波流量计，因此我们并没有采用传统的使用大功率场效应管和变压器产生高压脉冲的方式来激励超声波换能器，而是使用双通道的高速金属氧化物半导体场效应晶体管驱动器，以低压方式来激励换能器，激励电压为。使换能器发出的超声波作为测量用。单片机送出的脉冲经过芯片反向缓冲器驱动器，的电平转换来驱动换能器发送超声信号。能够给高电容负载提供高达的峰值电流。如图.所示，为上拉电阻。当需要发送高电平的信号时，开关选择，这时需要将信号电平转换来满足要求。的输入为非三态的，。

参考资料：

[1]（图纸+论文）基于生物质阴燃的大棚供热系统设计（全套完整）（第2355220页，发表于2022-06-25）

[2]（图纸+论文）基于液压夹紧的专用夹具设计支架零件的工艺工装设计（全套完整）（第2355218页，发表于2022-06-25）

[3]（图纸+论文）基于河北宏业YJPQ系列燃油加热器设计（全套完整）（第2355217页，发表于2022-06-25）

[4]（图纸+论文）基于气浮支承引线键合定位平台设计（全套完整）（第2355216页，发表于2022-06-25）

[5]（图纸+论文）拨叉零件气动夹紧专用夹具设计（全套完整）（第2355215页，发表于2022-06-25）

[6]（图纸+论文）步进电机三自由度直角型机械手设计（全套完整）（第2355214页，发表于2022-06-25）

[7]（图纸+论文）基于步态控制的下肢康复机器人的设计（全套完整）（第2355213页，发表于2022-06-25）

[8]（图纸+论文）基于有限元比亚迪F3制动器的设计（全套完整）（第2355211页，发表于2022-06-25）

[9]（图纸+论文）基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计（全套完整）（第2355210页，发表于2022-06-25）

[10]（图纸+论文）基于有限元分析的汽车万向传动装置设计（全套完整）（第2355208页，发表于2022-06-25）

[11]（图纸+论文）基于有限元中型货车半轴与桥壳设计（全套完整）（第2355207页，发表于2022-06-25）

[12]（图纸+论文）基于支承套零件工艺及铣夹具工装设计（全套完整）（第2355204页，发表于2022-06-25）

[13]（图纸+论文）基于支承套零件工艺及工装设计（全套完整）（第2355203页，发表于2022-06-25）

[14]（图纸+论文）基于捷达车型前盘后鼓式制动器的设计（全套完整）（第2355202页，发表于2022-06-25）

[15]（图纸+论文）基于左支座零件的工艺及铣槽夹具工装设计（全套完整）（第2355201页，发表于2022-06-25）

[16]（图纸+论文）基于左支座零件的工艺及工装设计（全套完整）（第2355200页，发表于2022-06-25）

[17]（图纸+论文）基于容积法的汽车油耗检测仪器设计（全套完整）（第2355199页，发表于2022-06-25）

[18]（图纸+论文）基于失重法的汽车油耗检测仪器设计（全套完整）（第2355197页，发表于2022-06-25）

[19]（图纸+论文）基于多轴加工的普通钻床改造设计（全套完整）（第2355195页，发表于2022-06-25）

[20]（图纸+论文）基于单片机的IC卡智能水表设计（全套完整）（第2355186页，发表于2022-06-25）

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