單片機(jī)在超聲波測厚儀中的應(yīng)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(lì)下發(fā)出超聲波，超聲波在探頭內(nèi)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(shù)字電路來測量t，即由晶振產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，與厚度方渡相“與 ，剛產(chǎn)生由脈沖個(gè)數(shù)表示的厚度值．這樣就可用數(shù)字電路或微機(jī)去處理測量結(jié)果．

2 測厚儀應(yīng)用單片機(jī)的工作原理 

       超聲波測厚儀是由單片機(jī)、發(fā)射電路、接收電路、探頭、分頻計(jì)敷器及晶撅組成，如圖2所示．開始測量時(shí)，單片機(jī)8031的7 作定時(shí)器用，作為整個(gè)測量系統(tǒng)的時(shí)標(biāo)．只要7 定時(shí)時(shí)問一到，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(qū)動(dòng)探頭，產(chǎn)生一發(fā)射超聲波．該發(fā)射渡經(jīng)過物體時(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(zhuǎn)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)過前置放大器后，放大幅值并毽掉干擾，驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計(jì)| 電力測量儀| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)| 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(jù) ，與且產(chǎn)生一厚度方渡．厚度方渡與晶振相與后，產(chǎn)生數(shù)字脈沖個(gè)數(shù)，并經(jīng)過分頻計(jì)數(shù)人分頻后進(jìn)給8031的計(jì)數(shù)器T。 由T 的計(jì)數(shù)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程．

       使用分頻計(jì)數(shù)器的原因是為了使晶振頻率與8031的計(jì)數(shù)率相適應(yīng)．因?yàn)榫д裢ǔ＿x取10 MHz以便提高精度，而8031的計(jì)數(shù)率是很低的．當(dāng)然，這樣做會帶來較大的誤差，但可以通過讀人分頻計(jì)數(shù)器余下的值來克服．

圍2超聲波測厚儀原理圖

       由單片機(jī)管理數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器、顯示器、鍵盤、 打印機(jī)等．選用8155作為顯示器、鍵盤接口，同時(shí)利用8155的256字節(jié)內(nèi)存作數(shù)據(jù)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(jiān)控管理，主要完成鍵盤管理、顯示器控{II等．輸人的參數(shù)有聲速、年月日以及查詢與執(zhí)行命令；顯示的內(nèi)容有：測量值、測量次數(shù)、zui大值、zui小值、平均值等．第二部分為測量部分，主要內(nèi)容有：設(shè) 為定時(shí)器，71 為計(jì)數(shù)器，并發(fā) 的同步發(fā)射脈沖，響應(yīng)外中斷INT1的測量結(jié)柬信號以及數(shù)據(jù)處理．第三部分為運(yùn)算部分，由于采用的是32位浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，所以各種運(yùn)算子程序，敷{II轉(zhuǎn)換子程序等都屬此類．測速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表|  露點(diǎn)儀| 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)| 粒子計(jì)數(shù)器| 粉塵計(jì)|

3 采取的一些措施
3．1 當(dāng)次平均求結(jié)果

       由于干擾及其他外界因素，厚度方波的脈沖個(gè)數(shù)有隨機(jī)誤差．采用多次測量取平均值作為zui后結(jié)果，可濾掉隨機(jī)誤差．因?yàn)橐淮螠y量速度很快，故不會影響測量速度．

3 2 自動(dòng)調(diào)零

       從圖1中可看到，發(fā)射脈沖與表面波s問有一延時(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(diào)零．一般的作法是由一標(biāo)準(zhǔn)塊來測量，通過調(diào)節(jié)電位器使顯示的值與標(biāo)準(zhǔn)塊值相同即可，用單片機(jī)后就不用電位器調(diào)節(jié)了，只要找出差值，以后顯示減去差值，就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零．

3．3 非線性技正

       因?yàn)?strong>超聲波測厚儀的物理特性，波在物體內(nèi)傳播不會是非常準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)試塊校正，將校正的結(jié)果編人軟件，就可自動(dòng)校正非線性的誤差．

4 結(jié)束語

       把單片機(jī)應(yīng)用于超聲波測厚儀中，減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人為誤差，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)記錄，提高了精度，并能與系統(tǒng)機(jī)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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