單片機在超聲波測厚儀中的應用

單片機在超聲波測厚儀中的應用

1 超聲波測厚儀原理

       超聲波測厚儀原理如圖1所示．探頭在發(fā)射電路的激勵下發(fā)出超聲波，超聲波在探頭內傳播媒介表面產(chǎn)生的接收脈沖為 ，在被測物體表面和底面產(chǎn)生的接收脈沖分別為 ，和B。．利用和B 由接收電路產(chǎn)生一厚度方渡，該方渡所占的時(shí)間 與超聲波在被測物體中的傳播速率 之積就是厚體值．通常用數字電路來(lái)測量t，即由晶振產(chǎn)生計數脈沖，與厚度方渡相“與 ，剛產(chǎn)生由脈沖個(gè)數表示的厚度值．這樣就可用數字電路或微機去處理測量結果．

2 測厚儀應用單片機的工作原理 

       超聲波測厚儀是由單片機、發(fā)射電路、接收電路、探頭、分頻計敷器及晶撅組成，如圖2所示．開(kāi)始測量時(shí)，單片機8031的7 作定時(shí)器用，作為整個(gè)測量系統的時(shí)標．只要7 定時(shí)時(shí)問(wèn)一到，就產(chǎn)生一方渡信號去激發(fā)發(fā)射電路，使發(fā)射電路驅動(dòng)探頭，產(chǎn)生一發(fā)射超聲波．該發(fā)射渡經(jīng)過(guò)物體時(shí)，就產(chǎn)生了表面與底面反射渡 ，與且， 與鼠經(jīng)探頭接收，轉化為電信號由接收電路處理．接收電路主要由前置放大器與一 觸發(fā)器組成， ，與B經(jīng)過(guò)前置放大器后，放大幅值并毽掉干擾，驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計| 然后送給^觸發(fā)器的置“I 與清“0 端，在主時(shí)鐘的作用下，以觸發(fā)器根據 ，與且產(chǎn)生一厚度方渡．厚度方渡與晶振相與后，產(chǎn)生數字脈沖個(gè)數，并經(jīng)過(guò)分頻計數人分頻后進(jìn)給8031的計數器T。 由T 的計數值上晶振周期和超聲波速率，就得到了厚度值并顯示，從而完成了一次測厚過(guò)程．

       使用分頻計數器的原因是為了使晶振頻率與8031的計數率相適應．因為晶振通常選取10 MHz以便提高精度，而8031的計數率是很低的．當然，這樣做會(huì )帶來(lái)較大的誤差，但可以通過(guò)讀人分頻計數器余下的值來(lái)克服．

圍2超聲波測厚儀原理圖

       由單片機管理數據存貯器、程序存貯器、顯示器、鍵盤(pán)、 打印機等．選用8155作為顯示器、鍵盤(pán)接口，同時(shí)利用8155的256字節內存作數據存貯器和程序存貯器，程序存貯用EPROM 2764．

       軟件由三部分組成，*部分為監控管理，主要完成鍵盤(pán)管理、顯示器控{II等．輸人的參數有聲速、年月日以及查詢(xún)與執行命令；顯示的內容有：測量值、測量次數、zui大值、zui小值、平均值等．第二部分為測量部分，主要內容有：設 為定時(shí)器，71 為計數器，并發(fā) 的同步發(fā)射脈沖，響應外中斷INT1的測量結柬信號以及數據處理．第三部分為運算部分，由于采用的是32位浮點(diǎn)數運算，所以各種運算子程序，敷{II轉換子程序等都屬此類(lèi)．測速儀| 轉速表| 壓力表|  露點(diǎn)儀| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數器| 粉塵計|

3 采取的一些措施
3．1 當次平均求結果

       由于干擾及其他外界因素，厚度方波的脈沖個(gè)數有隨機誤差．采用多次測量取平均值作為zui后結果，可濾掉隨機誤差．因為一次測量速度很快，故不會(huì )影響測量速度．

3 2 自動(dòng)調零

       從圖1中可看到，發(fā)射脈沖與表面波s問(wèn)有一延時(shí)，這是超聲渡在探頭中的延對．在棚量中，需去掉這一段時(shí)間，這叫調零．一般的作法是由一標準塊來(lái)測量，通過(guò)調節電位器使顯示的值與標準塊值相同即可，用單片機后就不用電位器調節了，只要找出差值，以后顯示減去差值，就實(shí)現了自動(dòng)調零．

3．3 非線(xiàn)性技正

       因為超聲波測厚儀的物理特性，波在物體內傳播不會(huì )是非常準確的勻速．這樣甩時(shí)間速率得到的厚度就有誤差，這可以用標準試塊校正，將校正的結果編人軟件，就可自動(dòng)校正非線(xiàn)性的誤差．

4 結束語(yǔ)

       把單片機應用于超聲波測厚儀中，減少了工作人員的勞動(dòng)強度，避免了人為誤差，實(shí)現了自動(dòng)記錄，提高了精度，并能與系統機串行通訊，可對材料作進(jìn)一步的評價(jià)，而且體積功耗都不大，具有實(shí)用價(jià)值．

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