畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的任務(wù)是開發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量室內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)向的儀器，要求測(cè)量風(fēng)速在1m/s在測(cè)量過程中，被測(cè)風(fēng)速在1m/s以內(nèi)。</p><p>　　本文對(duì)風(fēng)速/風(fēng)向的測(cè)量基于超聲波的渡越時(shí)間差。超聲波在空氣中的傳播速度與氣流速度產(chǎn)生疊加現(xiàn)象。在固定的測(cè)量路徑內(nèi)，與超聲波傳播方向同向的風(fēng)速分量增大了超聲波傳播速度，從而使

2、渡越時(shí)間減小；與超聲波傳播方向反向的風(fēng)速分量，相反的，使超聲波傳播速度減小，從而使渡越時(shí)間增大。雙向測(cè)量渡越時(shí)間，就可以通過這兩個(gè)渡越時(shí)間計(jì)算出測(cè)量路徑內(nèi)的風(fēng)速。</p><p>　　并且同時(shí)可以測(cè)出該風(fēng)向。</p><p>　　本文在對(duì)超聲風(fēng)速測(cè)量原理分析和反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了室內(nèi)微風(fēng)傳感器的硬件電路，對(duì)所應(yīng)用的超聲傳感器、電路各組成部分和主要器件功能做了詳細(xì)介紹，并編寫了相應(yīng)單片機(jī)控

3、制軟件。最后總結(jié)了微風(fēng)傳感器的特點(diǎn)，對(duì)前景進(jìn)行了分析和展望。</p><p>　　該測(cè)風(fēng)系統(tǒng)利用時(shí)差法超聲波測(cè)風(fēng)原理設(shè)計(jì)了風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)瞬時(shí)風(fēng)速風(fēng)向的精確測(cè)量克服了傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)儀測(cè)量精度不高和使用環(huán)境受限制等缺點(diǎn)。</p><p>　　這句話從哪來的？ 在哪能體現(xiàn)？ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是？</p><p>　　關(guān)鍵詞：微風(fēng)測(cè)量、風(fēng)速儀、超聲傳感器、單片機(jī)、串行通訊&l

4、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The task of this design is to devolopesign a device to measurement of indoor wind speed and wind direction,, and wind speed measurement in the wind

5、 speed should be lower than 1m/s during the measurement requirements.</p><p>　　In this paper, the wind speed and direction measurement based on ultrasonic transit time difference. Ultrasonic propagation in a

6、ir speed and air velocity superposition phenomenon. In the measurement of fixed route, and the ultrasonic propagation direction to the same wind velocity component increases thevelocity of ultrasonic wave, so that the tr

7、ansit time is reduced; wind component,reverse and ultrasonic wave propagation direction on the contrary, theultrasonic propagation velocity decreases, s</p><p>　　On the basis of analysis of the principle of

8、ultrasonic velocity measurement and lots of experiments, the hardware circuit of the indoor airflow sensor is designed in this thesis. The ultrasonic transducers and the main components used in the circuit are introduced

9、 in detail. The MCU (Micro Control Unit) based control software is programmed. In conclusion, the characteristics of the indoor airflow sensor are summed up and the development prospect is analyzed. </p><p>

10、　　A This wind measurement system which is designed by using the time difference method can measure the instantaneous wind exactly. Compared with the traditional wind measurement, it also has a higher precision without th

11、e use of space limitation.</p><p>　　Key words: Cold storage Anemometer Refrigerating system Ammonia Compressor 這個(gè)關(guān)鍵詞怎么不翻譯？？？？？？？</p><p>　　Indoor airflow measurement wind velocity indicat

12、o ultrasonic sensor MCU serial communication</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract1</p><p><b>　　1 緒論1</b>

13、;</p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 文獻(xiàn)綜述1</p><p>　　1.2.1 基于單片機(jī)的CNC系統(tǒng)2</p><p>　　1.2.2 基于可編程控制器（PLC）的CNC系統(tǒng)3</p><p>　　1.2.3 基于液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)U型彎管

14、機(jī)CNC系統(tǒng)3</p><p>　　1.2.4 基于工業(yè)PC的CNC系統(tǒng)3</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　1.4 內(nèi)容安排5</p><p>　　2 基于單片機(jī)的彎管機(jī)控制原理6</p><p>　　2.1 超聲風(fēng)速測(cè)量原理6</p><p>　　2.2

15、 超聲換能器工作原理7</p><p>　　2.3 40LPT16超聲換能器9</p><p>　　2.4 空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)12</p><p>　　3.2 AT89S51單片機(jī)與部分外圍電路13</

16、p><p>　　3.3 超聲風(fēng)速測(cè)量電路15</p><p>　　3.3.1 光耦繼電器和反相器15</p><p>　　3.3.2 開關(guān)驅(qū)動(dòng)接收電路16</p><p>　　3.3.3 濾波電路18</p><p>　　3.3.4 比例放大電路20</p><p>　　3.3.5 回波檢

17、測(cè)電路21</p><p>　　3.3.6 TL431電壓偏置電路22</p><p><b>　　3.4 小結(jié)22</b></p><p>　　4 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 串行通訊24</p><p>　　4.2 風(fēng)速測(cè)量軟件設(shè)計(jì)流程24</p&

18、gt;<p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果28</p><p><b>　　4.4 小結(jié)29</b></p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</

19、b></p><p>　　附錄（一）：應(yīng)用程序34</p><p>　　附錄（二）：外文文獻(xiàn)翻譯及原文40</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)現(xiàn)代化程度的日益提高，過去老式

20、的機(jī)械液壓式夸管機(jī)已不能滿足越來越高的精度要求和大規(guī)模生產(chǎn)的韶要，因?yàn)槠渚炔睿と藙趧?dòng)強(qiáng)度大，效率低下。因而到了八十年代中期出現(xiàn)了由Z- 80單板機(jī)作控制器的數(shù)控育管機(jī)，但由于它體積大、攏擾能力差等缺點(diǎn)，也不能很好地滿足工作的書要。單片機(jī)以其優(yōu)良的性能，很強(qiáng)的擾干擾能力，在對(duì)傳弘技術(shù)改造中，扮演了越來越盆要的角色。以單片機(jī)為核心的新里效控夸管機(jī)是一種高效率、高精度的數(shù)控夸管機(jī)，它休積小巧，操作靈活，能夠夸曲管徑從。24mm-r}60m

21、m的各種管子.育曲最大角度為196度，專曲精度達(dá)到士1度，非常適合彎曲大批f、不同角度值的管子。</p><p><b>　　1.2 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　鋼管彎管機(jī)是用來制作特殊鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)件的液壓機(jī)械設(shè)備，用單片機(jī)構(gòu)件鋼管及的自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于管線轉(zhuǎn)彎處。</p><p>　　彎管機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，早在20世

22、紀(jì)70年代時(shí)，美國(guó) EATONLEONARD公司就已經(jīng)研制生產(chǎn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控彎管設(shè)備，首創(chuàng)計(jì)算機(jī)編程數(shù)控彎管之先河，大大提高了當(dāng)時(shí)的數(shù)控彎管水平。 20世紀(jì) 80年代，日本千代田工業(yè)株式會(huì)社在美國(guó) EATONLEONARD公司的研究成果上，成功研制了 M-1型管型測(cè)量機(jī)和 EC、TC兩種系列十多種型號(hào)的數(shù)控彎管機(jī)，功能非常強(qiáng)大，很快便以嶄新的技術(shù)面貌擠入了國(guó)際市場(chǎng)。</p><p>　　我國(guó)的數(shù)控彎管機(jī)研究起步較晚

23、，但發(fā)展很快，早在 1970年武昌造船廠就研制成功一臺(tái)數(shù)控彎管機(jī)，這是國(guó)內(nèi)自主研制的第一臺(tái)數(shù)控彎管機(jī)。1973年武昌造船廠又成功研制了 SKWG-2型數(shù)控彎管機(jī)。此后上海造船廠工藝研究所等多家國(guó)內(nèi)企業(yè)也陸續(xù)研制出了數(shù)控彎管機(jī)。目前我國(guó)彎管加工的現(xiàn)狀是既有自動(dòng)化程度高的數(shù)控彎管機(jī)，也有半自動(dòng)的數(shù)控彎管機(jī)，甚至還有相當(dāng)一部分中小企業(yè)還在使用傳統(tǒng)的手工彎管，具有典型的“老、中、青”(即手工彎管設(shè)備、半自動(dòng)彎管機(jī)床和全自動(dòng)彎管機(jī)床)三者結(jié)合的中

24、國(guó)特色。</p><p>　　該類彎管機(jī)的控制系統(tǒng)主要有：基于單片機(jī)的CNC系統(tǒng)、基于PLC的彎管機(jī)控制系統(tǒng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的中頻液壓彎管機(jī)控制系統(tǒng)、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的全自動(dòng)數(shù)控彎管機(jī)控制系統(tǒng)、新型纏繞式液壓彎管機(jī)控制系統(tǒng)、基于上下位機(jī)的中頻彎管機(jī)控制系統(tǒng)、基于PLC與伺服電動(dòng)機(jī)的全自動(dòng)彎管機(jī)控制系統(tǒng)、基于液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)U型彎管機(jī)控制系統(tǒng)、大口徑中頻加熱彎管機(jī)控制系統(tǒng)。 </p>

25、<p>　　1.2.1 基于單片機(jī)的CNC系統(tǒng)</p><p>　　重要的單片機(jī)型號(hào)有MSC-51系列單片機(jī)、MC9S12XS12N系列單片機(jī)。采用單片機(jī)開發(fā)的數(shù)控彎管機(jī)成本低，其操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)。并且機(jī)床操作方便、人機(jī)界面友好，因此，一般都用來開發(fā)簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　MCS-51 系列單片機(jī)</p><p>　

26、　MCS-51 系列單片機(jī)是INTEL公司在MCS-48系列的基礎(chǔ)上，在80年代初又推出的高性能的8位單片機(jī)。它與48 系列相比，在片內(nèi)存儲(chǔ)器容量、I/0口的功能以及指令系統(tǒng)功能等方面，都大大地得到加強(qiáng)。就MCS-51系列單片機(jī)特別適用于實(shí)時(shí)控制、智能儀表、主從結(jié)構(gòu)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域，是工業(yè)檢測(cè)、控制領(lǐng)域中最理想的8位單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)的三個(gè)基本產(chǎn)品為8031、8751、8051。它們的指令系統(tǒng)完全兼容，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性

27、方面存在一些差異</p><p>　　1.2.2 基于可編程控制器（PLC）的CNC系統(tǒng)</p><p>　　1.PLC在彎管機(jī)控制系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）用PLC控制彎管機(jī)時(shí)，工作可靠性高；</p><p>　?。?）該類彎管機(jī)控制系統(tǒng)具有操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單。方便、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、危險(xiǎn)系數(shù)小、人力成本低等優(yōu)點(diǎn)；</p>

28、<p>　　（3）其控制速度快；</p><p>　　（4）可以在條件艱苦的工作環(huán)境中工作；</p><p>　　（5）安裝容易，施工方便；</p><p>　　（6）可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)；</p><p>　?。?）有自診斷能力，維護(hù)工作量小。</p><p>　　2.基于上下位機(jī)的中頻加熱

29、液壓彎管機(jī)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　控制系統(tǒng)組成:</b></p><p>　　中頻液壓彎管機(jī)組電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是由數(shù)字式步進(jìn)液壓伺服控制系統(tǒng)、中頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與PLC組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)組成。具體控制方案設(shè)計(jì)是采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，完成對(duì)整個(gè)機(jī)組工作過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、狀態(tài)管理、數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)管理、參數(shù)處理等功能。

30、PLC 作為下位機(jī)用于完成對(duì)整個(gè)彎管生產(chǎn)過程中彎管角度、主機(jī)速度、升降缸位移、加熱溫度、功率、電壓、冷卻噴淋、液壓系統(tǒng)等的順序控制。</p><p>　　基于上下位機(jī)的中頻加熱液壓彎管機(jī)系統(tǒng)圖</p><p>　　1.2.3 基于液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)U型彎管機(jī)CNC系統(tǒng)</p><p>　　數(shù)控彎管機(jī)彎管效率高，管件質(zhì)量穩(wěn)定，可迅速提高機(jī)加車間的生產(chǎn)效率。特別適合大批

31、量多種類管件生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)的鍋爐制造廠家大部分仍采用手動(dòng)彎管。該類的PLC控制系統(tǒng)可自動(dòng)完成送管、置位、彎管、復(fù)位、翻身等操作；控制系統(tǒng)以PLC為核心，穩(wěn)定可靠；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)保證了送管的精度；觸摸屏提供了更直觀的人機(jī)界面</p><p>　　基于PLC與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成</p><p>　　1.2.4 基于工業(yè)PC的CNC系統(tǒng)</p><p>　　隨著PC機(jī)功能

32、的逐漸強(qiáng)大和完善。工業(yè)界己將PC機(jī)應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域，為了經(jīng)受高低溫沖擊、潮濕、振動(dòng)、電磁干擾、粉塵等惡劣工作環(huán)境的考驗(yàn)，生產(chǎn)商通過增加密封保護(hù)、過濾器、板壓條和額外風(fēng)扇等措施，形成了工業(yè)PC.在彎管機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，采用PC或工業(yè)PC主板作為CNC平臺(tái)，通過在主板(或母板)上的PCI/ISA槽插入實(shí)現(xiàn)NC功能的各種模塊，如運(yùn)動(dòng)控制卡、DA板、工/0板等等，構(gòu)成具有高度靈活性的彎管機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。充分利用Windows操作系統(tǒng)的資源和用高級(jí)語言編

33、程，能夠使數(shù)控軟件系統(tǒng)的功能更強(qiáng)大。</p><p>　　目前，常用的管材彎曲成形方法有繞彎、推彎、滾彎和壓彎等，其中繞彎容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此目前彎管機(jī)多以彎管為主。但是，由于繞彎需要將鋼管纏繞在模輪上加工成形，而模輪的半徑受到限制的，因此在加大曲率的彎件時(shí)繞彎顯得無能為力，而需要使用滾彎的方式。為了增加彎管機(jī)的柔性，必須將繞彎和滾彎集成到彎管機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)從小曲率和大曲率管件的加工。隨著數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

34、，管件成形也從手工、半自動(dòng)化方式發(fā)展到數(shù)控全自動(dòng)加工方式，并且，基于PC的開放式的數(shù)控系統(tǒng)也逐步替代了傳統(tǒng)的專用的PLC數(shù)控系統(tǒng)。從實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上來看，基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)大致分為4種結(jié)構(gòu)形式：PC連接NC型，PC嵌入NC型，NC嵌入PC型和全軟件型。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用四個(gè)壓電超聲換能器組成傳感器陣列

35、測(cè)量風(fēng)速，壓電超聲換能器體積小，工作電壓較靜電超聲換能器小，工作頻率范圍可從20KHz至20GHz，頻帶較靜電超聲換能器窄，但是用于固定近距離的風(fēng)速測(cè)量完全可以滿足要求。</p><p>　　將四個(gè)超聲換能器兩兩相對(duì)設(shè)置，輪流工作，測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同方向的固定路徑內(nèi)的風(fēng)速，用于風(fēng)速風(fēng)向信息的合成。由于設(shè)計(jì)要求室內(nèi)微風(fēng)傳感器有盡量小的體積，因此超聲換能器距離要小，同時(shí)超聲速度也是很大的，在近距離測(cè)量渡越時(shí)間難度也是很大的

36、，因此超聲換能器距離又不能太小，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合各方面的因素。</p><p>　　要測(cè)量近距離路徑內(nèi)的渡越時(shí)間，對(duì)開關(guān)控制電路反應(yīng)的快速性要求很高，開關(guān)速率一定要足夠快（開啟時(shí)間足夠短），且較易控制，因此采用高速的光電繼電器是很好的選擇，同時(shí)還可以通過開關(guān)控制電路將驅(qū)動(dòng)電路與回波檢測(cè)電路隔離開，避免驅(qū)動(dòng)信號(hào)余振對(duì)回波檢測(cè)電路造成干擾。</p><p>　　回波信號(hào)比較微弱，還有一定的噪聲，因

37、此要設(shè)置濾波電路和放大電路。最后將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平的模擬數(shù)字信號(hào)引入單片機(jī)中斷端口，用來計(jì)算渡越時(shí)間，可以通過比較器和設(shè)置合適的閾值電壓實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用串行通信方法將單片機(jī)與PC機(jī)相連，將渡越時(shí)間相關(guān)的輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)內(nèi)。由于控制信號(hào)和脈沖信號(hào)及渡越時(shí)間的測(cè)量均要求計(jì)時(shí)精確，因此單片機(jī)控制程序采用C語言和匯編語言混編方式。</p><p>

38、<b>　　1.4 內(nèi)容安排</b></p><p>　　第一章 緒論，簡(jiǎn)單介紹了基于單片機(jī)的彎管機(jī)控制系統(tǒng)的研究意義和背景，總結(jié)了目前幾種控制系統(tǒng)，整理了研究思路；</p><p>　　第二章 基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的彎管機(jī)的工作原理，介紹了控制器的工作原理，本設(shè)計(jì)所采用的壓電超聲換能器的性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及風(fēng)速測(cè)量的原理和方法；</p><p&g

39、t;　　第三章 室內(nèi)微風(fēng)傳感器硬件電路設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹基于超聲換能器的室內(nèi)微風(fēng)傳感器的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)邏輯、工作過程和主要器件的性能；</p><p>　　第四章 室內(nèi)微風(fēng)傳感器軟件設(shè)計(jì)，主要分析了控制過程的流程，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其邏輯的正確性；</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望，分析了本設(shè)計(jì)的不足之處，對(duì)以后的改進(jìn)工作提出意見。</p><p>　　2 超聲風(fēng)速

40、測(cè)量原理</p><p>　　2.1 超聲風(fēng)速測(cè)量原理</p><p>　　超聲波（頻率高于20KHz）是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，可由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小、能定向傳播等特點(diǎn)。超聲測(cè)風(fēng)是超聲波檢測(cè)技術(shù)在氣體介質(zhì)中的一種應(yīng)用它是利用超聲波在空氣中傳播速度受空氣流動(dòng)(風(fēng)) 的影響來測(cè)量風(fēng)速的。與常規(guī)的風(fēng)杯或旋翼式風(fēng)速儀相比這種測(cè)量方法的最大特

41、點(diǎn)在于整個(gè)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)沒有任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，屬于無慣性測(cè)量，故能準(zhǔn)確測(cè)出自然風(fēng)中陣風(fēng)脈動(dòng)的高頻成分，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，可在更高層次上揭示自然風(fēng)的特性對(duì)于提高抗風(fēng)減災(zāi)能力和風(fēng)資源的合理利用有重大意義。</p><p>　　2.2 超聲換能器工作原理</p><p>　　超聲換能器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，也叫超聲傳感器或超聲探頭，它能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。一般有磁致伸縮式和壓

42、電陶瓷式。電源輸出到超聲波發(fā)生器，再到超聲波換能器，一般還要經(jīng)過超聲波導(dǎo)出裝置就可以產(chǎn)生超聲波了。由材料的壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率（即超聲波）再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。 </p><p>　　2.3 40LPT16超聲換能器</p><p><b>　　圖</b></p&

43、gt;<p>　　2.4 空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由四個(gè)超聲換能器組成超聲測(cè)量陣列如下圖所示，每?jī)蓚€(gè)在立方體對(duì)角斜向相對(duì)放置，N-S、W-E傳感器連線均與固定面成一定角度θ。在這種情況下，可測(cè)量二維平面信息。這樣放置超聲傳感器的目的是減少傳感器自身對(duì)所在平面內(nèi)風(fēng)速的阻擋作用，通過斜向渡越時(shí)間的測(cè)量，計(jì)算空間內(nèi)均勻的風(fēng)速。</p><p>　　3 室內(nèi)微風(fēng)傳感器硬件電

44、路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)第二章所述原理，選擇合適的器件完成硬件的設(shè)計(jì)，通過AT89S51單片機(jī)控制發(fā)射和接收，并計(jì)算渡越時(shí)間。將所得時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)上顯示，具體框架如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1　　基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中超聲換能器N-S共用一組開關(guān)-驅(qū)動(dòng)電

45、路和信號(hào)接收檢測(cè)電路，當(dāng)超聲換能器N做為發(fā)射方，超聲換能器S做為接收方時(shí)，信號(hào)流動(dòng)方向?yàn)閷?shí)線箭頭方向，當(dāng)超聲換能器S做為發(fā)射方，超聲換能器N做為接收方時(shí)信號(hào)經(jīng)開關(guān)-驅(qū)動(dòng)電路后沿虛線箭頭（數(shù)字代表信號(hào)流動(dòng)方向）流動(dòng)，再經(jīng)由信號(hào)接收檢測(cè)電路后由單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)控制四個(gè)超聲換能器的發(fā)射和接收，并計(jì)算渡越時(shí)間，將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)上顯示。</p><p>　

46、　圖3-2　　室內(nèi)微風(fēng)傳感器單路電路總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2　AT89S51單片機(jī)與部分外圍電路</p><p>　　AT89S51是ATMEL公司出的兼容MCS-51的8位CPU單片機(jī)，最大主頻33MHz，完全能滿足電路要求。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫100

47、0次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向

48、輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以

49、適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要特性如下：</p><p>　　4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；</p><p>　　32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；</p><p>　　2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；</p><p><b&g

50、t;　　5個(gè)中斷源；</b></p><p>　　2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　2個(gè)全雙工串行通信口；</p><p>　　看門狗（WDT）電路；</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；</p><p>　　與MCS-51兼容；</p><p>　　全靜態(tài)

51、工作：0Hz-33MHz；</p><p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；</p><p><b>　　可編程串行通道；</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式。</p><p>　　圖3-3中，開關(guān)RST和C0、R0構(gòu)成復(fù)位電路，24MHz晶振和C1、C2給單片機(jī)提供基準(zhǔn)時(shí)鐘，機(jī)器周期為0.5μs，它們與單片

52、機(jī)一起構(gòu)成了最小系統(tǒng)。</p><p>　　設(shè)計(jì)需盡量將做到單片機(jī)電路的低功耗，因此將不用的I/O引腳設(shè)置成輸出或設(shè)置成輸入，用上拉電阻拉高。因?yàn)槿绻_沒有初始化，可能會(huì)增大單片機(jī)的漏電流。</p><p>　　圖3-3　　單片機(jī)電路</p><p>　　圖3-4　　電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3 超聲風(fēng)速測(cè)量電路</p&g

53、t;<p>　　3.3.1 光耦繼電器和反相器</p><p>　　光耦繼電器是固態(tài)繼電器的一種，一般繼電器都是機(jī)械觸點(diǎn)，靠通電流過線圈變成有磁性的磁鐵吸合觸點(diǎn)，從而控制開關(guān)狀態(tài)。而光耦繼電器工作原理類似于光耦。光耦繼電器具有的優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　3.3.2　開關(guān)驅(qū)動(dòng)接收電路</p><p>　　圖3-5　　開關(guān)驅(qū)動(dòng)接收電路</p>

54、;<p>　　如圖3-5中間部分為開關(guān)控制電路，AQW216光耦繼電器的控制端con1+、con2+接高電平，con1-由單片機(jī)P2.0-2.3輸出的控制信號(hào)控制，輸出端與超聲換能器相連。則控制信號(hào)為低電平時(shí)相應(yīng)開關(guān)導(dǎo)通，超聲換能器工作，同時(shí)控制信號(hào)經(jīng)過反相器74LS04反相后控制con2-開關(guān)關(guān)斷，相應(yīng)超聲換能器處于禁止工作狀態(tài)；控制信號(hào)為高電平時(shí)相應(yīng)開關(guān)關(guān)斷，超聲換能器處于禁止工作狀態(tài)，同時(shí)控制信號(hào)經(jīng)過反相器74LS0

55、4反相后控制con2-開關(guān)導(dǎo)通，相應(yīng)超聲換能器工作。</p><p>　　上面部分為發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，場(chǎng)效應(yīng)管選用IRF630，最大能承受200V的電壓，最大電流9A。P1.4輸出40KHz的脈沖信號(hào)控制IRF630的通斷，在IRF630的漏極輸出反向放大后的脈沖信號(hào)，經(jīng)過隔直電容C9連到光耦繼電器驅(qū)動(dòng)超聲換能器。隔直電容C9的作用是將直流高電平與控制電路隔離。</p><p>　　下面部分為

56、回波接收電路。由于40LPT16是收發(fā)一體的換能器，因此將回波接收電路與發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路分離出來，由兩個(gè)二極管構(gòu)成鉗位電路，防止超聲發(fā)射信號(hào)的幅值太大燒毀后面的芯片。</p><p>　　如圖3-6為示波器檢測(cè)到單片機(jī)脈沖信號(hào)和超聲換能器端的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。</p><p>　　圖3-6　　脈沖信號(hào)與超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)</p><p>　　3.3.3　濾波電路</p&g

57、t;<p>　　超聲回波信號(hào)幅值很小，換能器接收到的信號(hào)如果直接進(jìn)行放大處理，容易同時(shí)放大一些干擾信號(hào)，給后期的回波檢測(cè)造成麻煩。因此在換能器接收到回波后先通過濾波器濾波再送到運(yùn)放單元。</p><p>　　帶通濾波器的設(shè)計(jì)原則是頻帶內(nèi)的頻率要以相同的比例通過，而信號(hào)頻帶外的干擾要能有效地抑制。因此，要求該濾波器頻帶內(nèi)響應(yīng)要盡可能平坦，上下界衰減要盡量陡峭。品質(zhì)因數(shù)Q是帶通濾波器好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，

58、一般Q值越高，帶寬越窄，陡度系數(shù)越高，濾波性能越好。由于RC有源濾波器同無源濾波器相比，品質(zhì)因數(shù)高，且輸入阻抗高，輸出阻抗低，使輸入和輸出之間有良好的隔離性能，對(duì)信號(hào)不衰減，甚至還可以放大，具有一定的帶負(fù)載能力，增益容易調(diào)節(jié)，所以本設(shè)計(jì)采用有源濾波器。常用的濾波器有巴特沃茲(Butterworth)型、切比雪夫型(Chebyshev)型、橢圓型(Elliptic)型濾波器。</p><p>　　切比雪夫?yàn)V波器在過

59、渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響應(yīng)的幅頻特性不如后者平坦。切比雪夫?yàn)V波器和理想濾波器的頻率響應(yīng)曲線之間的誤差最小，但是在通頻帶內(nèi)存在幅度波動(dòng)。巴特沃茲濾波器在通帶和阻帶內(nèi)都具有最平坦的振幅特性，且隨著頻率增大單調(diào)下降。因此選用巴特沃茲型RC有源濾波器。</p><p>　　普通有源濾波器由運(yùn)算放大器和電阻、電容組成，通過一個(gè)低通濾波器與一個(gè)高通濾波器的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。但參數(shù)調(diào)整困難，元件周圍的分布電容容易影響濾波

60、器的特性，而且較難實(shí)現(xiàn)窄帶寬的設(shè)計(jì)，不易獲得高Q值，難以滿足系統(tǒng)的要求。本設(shè)計(jì)選用了MAXIM公司推出的專用模擬集成有源濾波器MAX275芯片。</p><p>　　圖3-7　　MAX275內(nèi)部二階有源濾波器</p><p>　　MAX275內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的二階有源濾波電路，可分別同時(shí)進(jìn)行低通和帶通濾波，也可通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階有源濾波，中心頻率/截止頻率可達(dá)300KHz。MAX275內(nèi)部的二階

61、有源濾波器如圖3-7所示。由圖可見，該電路采用四運(yùn)放設(shè)計(jì)，運(yùn)放、內(nèi)部電容</p><p>　　以及外接電阻構(gòu)成級(jí)聯(lián)積分電路，可同時(shí)提供低通和帶通濾波輸出。電路內(nèi)部最后一級(jí)運(yùn)放的輸入端接有一個(gè)5k電阻，作用是避免外部寄生電容對(duì)內(nèi)部積分電容產(chǎn)生影響。外部電路不需要接電容或者電感，只需要選取適當(dāng)?shù)碾娮杈湍茉O(shè)計(jì)出滿意的濾波器。</p><p>　　用MAX275設(shè)計(jì)四階巴特沃茲帶通濾波器時(shí)，電阻取

62、值由以下公式?jīng)Q定。</p><p><b>　　(3-1) </b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　

63、　其中，是用于帶通濾波，中心頻率為時(shí)管腳BPO處的增益；的值與FC的連線相關(guān)，如表3-1所示。</p><p>　　具體連接電路圖見圖3-8。為了通過完整的波形，采用了2.5V的電壓偏置，V+接5V，V-接地。取，Q=10，，則濾波器總體增益為400（如增益不太合適，可將電阻R25和R30換成可調(diào)電阻，根據(jù)信號(hào)大小設(shè)定增益）。由表3-1可知的值為1/5，根據(jù)以上公式可以求出R1=5k，R2=50k，R3=100k

64、，R4=45k。</p><p>　　表3-1　　FC與取值關(guān)系[21]</p><p>　　圖3-8　　MAX275濾波器電路連接圖</p><p>　　具體連接電路圖見圖3-8。為了通過完整的波形，采用了2.5V的電壓偏置，V+接5V，V-接地。取，Q=10，，則濾波器總體增益為400（如增益不太合適，可將電阻R25和R30換成可調(diào)電阻，根據(jù)信號(hào)大小設(shè)定增益）。

65、由表3-1可知的值為1/5，根據(jù)以上公式可以求出R1=5k，R2=50k，R3=100k，R4=45k。</p><p>　　實(shí)際電路中為了方便選取R1=5.1k。實(shí)際電路中由于電阻值不準(zhǔn)確等因素，最后確定的電阻值與計(jì)算值有一定的偏差。</p><p>　　用示波器測(cè)量濾波器輸出端，測(cè)得波形如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9　　脈沖信號(hào)與濾波器輸出端實(shí)際

66、波形</p><p>　　3.3.4　比例放大電路</p><p>　　圖3-10　　比例放大電路</p><p>　　圖3-11　　脈沖信號(hào)與比例放大電路輸出端實(shí)際波形</p><p>　　回波信號(hào)經(jīng)過MAX275濾波放大后幅值仍然比較小，需要進(jìn)一步放大。因此采用NE5532搭建了一個(gè)比例放大電路，具體電路見圖3-10，增益可以通過R36調(diào)

67、節(jié)，電路中取R22為200k可調(diào)電阻，可以根據(jù)信號(hào)大小調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。增加電容C15將上一環(huán)節(jié)輸出信號(hào)隔直，增加電容C16是為了避免運(yùn)放自激振蕩。</p><p>　　3.3.5　回波檢測(cè)電路</p><p>　　圖3-12　　比較器電路</p><p>　　圖3-13　　分壓電路</p><p>　　圖3-14　　經(jīng)過比較器后的回波信號(hào)<

68、;/p><p>　　3.3.6　TL431電壓偏置電路</p><p>　　由于MAX275濾波器和運(yùn)放NE5532都是使用+5V單電源供電，為了保留完整的回波信號(hào)，需要給它們提供2.5V的偏置電壓。三端可調(diào)基準(zhǔn)電壓源TL431[17]的動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓效果好，穩(wěn)壓精度很高，采用圖3-15的連接方式時(shí)，管腳1輸出的電壓就是2.5V。</p><p>　　圖3-15　　TL431

69、 2.5V電壓偏置電路</p><p><b>　　3.4　小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了室內(nèi)微風(fēng)傳感器的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)電路各個(gè)模塊和單片機(jī)電路做了詳細(xì)介紹，基本可以達(dá)到測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向信息的要求。</p><p>　　其中各部分電路均有濾波電容，其作用是使濾波后輸出電壓為較穩(wěn)定的直流電壓，工作原理是在輸入信號(hào)電壓高于電容電壓時(shí)電容充

70、電，輸入信號(hào)電壓低于電容電壓時(shí)電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓趨于穩(wěn)定。</p><p>　　電源處用兩個(gè)并聯(lián)電容濾波，兩者電容值數(shù)量級(jí)之差應(yīng)不小于102。大電容防止浪涌，小電容濾高頻干擾。</p><p>　　4 室內(nèi)微風(fēng)傳感器軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1　串行通訊</b></p><p>　　串

71、行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，只需一或兩根傳輸線即可完成，成本低但發(fā)送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工。</p><p>　　串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。</p><p>　　串行通信的數(shù)

72、據(jù)或字符是一幀一幀的傳送的，在異步通信中，一幀數(shù)據(jù)先用一個(gè)起始位“0”表示字符的開始，然后是5～8位數(shù)據(jù)，即該字符的代碼，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗(yàn)位（可省略），最后一個(gè)停止位“1”表示字符的結(jié)束。</p><p>　　在同步通信中，發(fā)送方在數(shù)據(jù)或字符前面用1～2個(gè)字節(jié)同步字符指示一幀的開始，同步字符是雙方約定好的，接收方一到那檢測(cè)到與規(guī)定的同步字符符合就開始接收，發(fā)送方接著連續(xù)按順序傳送n個(gè)數(shù)據(jù)。

73、當(dāng)n個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，發(fā)送1～2個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼，由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。</p><p>　　在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是RS-232C串行通信接口。串行通信接口的基本任務(wù)[19]是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)與并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，控制數(shù)據(jù)的傳輸速率，進(jìn)行傳送錯(cuò)誤檢測(cè)。其中控制數(shù)據(jù)的傳輸速率即應(yīng)具有波特率發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)波特率的控制選擇能力。波特率是

74、通信中對(duì)數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定。其定義為每秒鐘傳送多少位二進(jìn)制數(shù)。</p><p>　　在PC機(jī)內(nèi)接有PC16550串行接口、EIA-TTL電平轉(zhuǎn)換器和RS-232C連接器，其中COM1和COM2串行口是留給用戶的，通過這兩個(gè)串行口就可以和單片機(jī)進(jìn)行串行通信。由于單片機(jī)的串行發(fā)送和接收線TXD和RXD是TTL電平，而COM1或COM2的RS-232C連接器（D型九針插座）是EIA電平，因此單片機(jī)需加接MAX232芯片

75、，通過串行電纜和PC相連接。新型電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，可以實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平雙向轉(zhuǎn)換。MAX232內(nèi)部有電壓增倍電路和轉(zhuǎn)換電路，僅需外接5個(gè)電容和+5V電源便可工作，使用十分方便（如圖3-4）。</p><p>　　4.2　風(fēng)速測(cè)量軟件設(shè)計(jì)流程</p><p>　　室內(nèi)微風(fēng)傳感器單片機(jī)軟件在Keil uVision2的平臺(tái)上開發(fā)，Keil uVision2是美國(guó)Keil

76、Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)，可以進(jìn)行軟件仿真調(diào)試，支持匯編和C語言混合編程。</p><p>　　由于單片機(jī)使用24MHz的晶振，每個(gè)指令周期需要的時(shí)間為0.5μs，要產(chǎn)生40KHz的脈沖波形需要50個(gè)指令周期，設(shè)置高電平為25個(gè)指令周期。為了產(chǎn)生精確的脈沖信號(hào)，采用匯編語言編寫脈沖產(chǎn)生部分的程序。</p><p>　　為了使程序運(yùn)行更加穩(wěn)定，在程序開始采用較

77、長(zhǎng)延時(shí)，延時(shí)子函數(shù)采用匯編語言，由于延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，采用雙循環(huán)結(jié)構(gòu)。在脈沖信號(hào)之前需提前發(fā)控制信號(hào)使開關(guān)打開，提前的時(shí)間與開關(guān)信號(hào)開啟時(shí)間大致相等即可，脈沖信號(hào)之后為使信號(hào)發(fā)射完全需延時(shí)一定時(shí)間再關(guān)斷開關(guān)。這些延時(shí)程序均采用匯編語言，以使計(jì)時(shí)更加精確。其余程序采用C語言編程，具體流程如圖4-1。</p><p>　　為減小中斷捕獲低電平所需捕獲時(shí)間造成的計(jì)時(shí)誤差，單個(gè)超聲換能器的測(cè)距過程要循環(huán)十次，即測(cè)量路徑渡越時(shí)

78、間的十倍，因此設(shè)置單個(gè)超聲換能器測(cè)距循環(huán)次數(shù)標(biāo)號(hào)k，初值為10，在中斷程序中設(shè)置回波接收標(biāo)號(hào)flag，當(dāng)循環(huán)過程未完成即k未減為零時(shí)，進(jìn)入中斷將k的值減1，將flag置為1后直接退出中斷繼續(xù)循環(huán)過程，當(dāng)循環(huán)過程完成k減為零時(shí)再停止計(jì)時(shí)過程，計(jì)算本次的十倍渡越時(shí)間，將渡越時(shí)間個(gè)數(shù)標(biāo)號(hào)i（初值為4）減1，當(dāng)i減為零時(shí)一輪測(cè)量結(jié)束，發(fā)送四個(gè)渡越時(shí)間數(shù)據(jù)（8個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，高位在前低位在后）。</p><p>　　超聲換能

79、器的選擇很重要，通過設(shè)置控制信號(hào)輸出端口標(biāo)志位m來實(shí)現(xiàn)這一過程。置m的初值為1，則其二進(jìn)制八位數(shù)的末位為1，其它位均為零。一輪測(cè)量開始時(shí)將P2設(shè)置為全低電平輸出后將其值與m相或，這樣相應(yīng)位控制信號(hào)輸出就變?yōu)楦唠娖?，關(guān)閉控制信號(hào)時(shí)再將P2設(shè)置為全低電平輸出。當(dāng)一個(gè)渡越時(shí)間測(cè)量完畢需要選擇下一個(gè)超聲換能器時(shí)，將m循環(huán)左移一位，再將P2的值與m相或，就達(dá)到了控制信號(hào)選擇下一個(gè)超聲換能器的目的。當(dāng)一輪四個(gè)渡越時(shí)間測(cè)量完成的時(shí)候，將m（此時(shí)m的值

80、應(yīng)為16，即二進(jìn)制的00010000）重新置為1，開始新一輪測(cè)量過程。</p><p>　　定時(shí)器T0工作在模式1下，作為16位計(jì)數(shù)器使用。T0用于記錄接收回波的時(shí)間，減去初值就得到渡越時(shí)間。如果在T0溢出前沒有收到回波信號(hào)，就認(rèn)為回波檢測(cè)超時(shí)，在T0中斷程序里關(guān)閉外部中斷，將渡越時(shí)間直接賦值，然后進(jìn)行下一個(gè)渡越時(shí)間測(cè)量。四個(gè)超聲換能器采用輪流工作的方式，每一個(gè)渡越時(shí)間測(cè)量結(jié)束后，結(jié)束標(biāo)志位Flag置1，將測(cè)得的

81、距離數(shù)據(jù)存入數(shù)組中。</p><p>　　中斷程序流程如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1　　室內(nèi)微風(fēng)傳感器單片機(jī)軟件流程圖</p><p>　　圖4-2　　中斷程序流程圖</p><p>　　發(fā)送數(shù)據(jù)采用查詢方式，波特率設(shè)置為9600波特，串行口工作在方式1（波特率可變10位異步通信方式），以TXD為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端，RXD為數(shù)據(jù)

82、的接收端，每幀數(shù)據(jù)為10位：1個(gè)起始位“0”、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位“1”。其中，其實(shí)為何停止位在發(fā)送時(shí)是自動(dòng)插入的。由T1提供移位時(shí)鐘，工作在方式2，由波特率的計(jì)算公式：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中SMOD為電源控制寄存器PCON的波特率加倍位，為0時(shí)不加倍，為1時(shí)波特率增加一倍，為系統(tǒng)時(shí)鐘。由式(4-1)可計(jì)算出T1的

83、計(jì)數(shù)初值X。</p><p><b>　　4.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果如下面圖中所示，實(shí)際試驗(yàn)中暫時(shí)只連接了一對(duì)超聲換能器。由于電源電壓不穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)板焊接連線較多，裸露部分造成的分布電容、電感對(duì)電路穩(wěn)定性有影響，單片機(jī)輸出信號(hào)也不太穩(wěn)定等因素，使比較器輸出波形也不是很穩(wěn)定，因此對(duì)輸出數(shù)據(jù)造成了一定影響。在軟件中可以在單個(gè)渡越時(shí)間測(cè)定之前增加發(fā)射

84、幾個(gè)脈沖信號(hào)，在脈沖信號(hào)輸出較穩(wěn)定之后再進(jìn)行渡越時(shí)間的測(cè)定。</p><p>　　圖4-3　　單片機(jī)單獨(dú)調(diào)試時(shí)數(shù)據(jù)接收頁面</p><p>　　圖4-4　　單片機(jī)電路與超聲換能器電路連接時(shí)數(shù)據(jù)接收頁面</p><p><b>　　4.4　小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)介紹了串行通信和單片機(jī)軟件程序流程，分析了

85、軟件執(zhí)行過程，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了邏輯的合理性和正確性。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文主要介紹了基于超聲換能器和單片機(jī)的室內(nèi)微風(fēng)傳感器的風(fēng)速測(cè)量原理，硬件電路設(shè)計(jì)及單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硬件電路和單片機(jī)軟件邏輯的合理性和正確性。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，對(duì)風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性需要進(jìn)一步的改進(jìn)。</p><

86、p>　　由于單片機(jī)晶振為24MHz，則中斷端口捕捉一次低電平需要兩個(gè)機(jī)器周期即1μs的時(shí)間。而在室內(nèi)微風(fēng)傳感器設(shè)計(jì)要盡量做到小體積的前提下，一對(duì)超聲傳感器的距離越小越好（本設(shè)計(jì)暫定為10cm左右），這樣單程測(cè)量的渡越時(shí)間約為300μs，而要想通過渡越時(shí)間計(jì)算出精確到0.1m/s的風(fēng)速，就需要渡越時(shí)間測(cè)量至少精確到0.1μs，因此1μs的捕獲時(shí)間顯然太大了。針對(duì)這種設(shè)計(jì)中的不足，軟件程序采取了10倍測(cè)量路程的方法，即將測(cè)量單程的過程

87、循環(huán)10次，測(cè)取目的渡越時(shí)間的10倍。這樣將渡越時(shí)間的捕獲時(shí)間造成的誤差縮小到0.1μs，基本達(dá)到了測(cè)量要求，但這樣做又大大延長(zhǎng)了測(cè)量過程，使風(fēng)速測(cè)量的實(shí)時(shí)性降低了。因此，對(duì)于如何兼顧風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性是一個(gè)有待改進(jìn)的方面。</p><p>　　除此之外，電路還有許多有待改善的地方，以增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。</p><p><b>　　致 謝</b>&

88、lt;/p><p>　　四年的大學(xué)時(shí)光即將成為過去,首先要感謝陪伴我四年的母校安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院,是她給了我們這樣一個(gè)充滿朝氣的校園氛圍,有過成功的喜悅,也嘗過失敗的痛苦。并要深深感謝我的導(dǎo)師吳玉秀老師,自和吳老師做測(cè)室內(nèi)風(fēng)項(xiàng)目以來,正是他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、和藹的態(tài)度將我們帶入科研的世界,在這里我們的動(dòng)手能力得到了很大的提高,并且他對(duì)我們的嚴(yán)格要求將一直深深地影響到我今后的學(xué)習(xí)和工作,在此我謹(jǐn)向吳老師表示最真誠(chéng)的感謝。&

89、lt;/p><p>　　其次,感謝我們的輔導(dǎo)員孟齊霞老師，是她在背后無微不至的關(guān)心著我，當(dāng)我遇到問題時(shí)她非常耐心的幫助解決。他們誠(chéng)懇的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)深深地影響了我。</p><p>　　感謝鮑星星、劉晴晴、宋雨蓮、周寧同學(xué),感謝我們?cè)谝黄饘W(xué)習(xí)的過程中給我提出了很多好的建議與想法,解決了很多實(shí)際性的問題。在共同科研的道路上精益求精、艱苦奮斗的精神,讓我真正地明白任何成績(jī)都離不開團(tuán)隊(duì)的合作。&l

90、t;/p><p>　　感謝5B-301這個(gè)大家庭,感謝大家為我所創(chuàng)造的良好學(xué)習(xí)與生活氛圍,在這里的四年將成為我一生中美好的回憶。</p><p>　　感謝我的父母,正是你們不懈的堅(jiān)持才有我今天面對(duì)所有困難的勇氣,是你們的勤勞雙手撐起我的成功。</p><p>　　最后,感謝各位評(píng)閱及答辯老師,謝謝!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

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106、lt;p><b>　　附錄（一）</b></p><p>　　/********************************************************************/</p><p>　　//*******************室內(nèi)微風(fēng)傳感器單片機(jī)控制程序*******************//</p>&l

107、t;p>　　//******功能：控制壓電超聲換能器工作并向上位機(jī)發(fā)送風(fēng)速風(fēng)向信息******//</p><p>　　/********************************************************************/</p><p>　　#include<AT89X55.H></p><p>　　#inc

108、lude<intrins.h></p><p>　　//**** 宏定義****//</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　//****子函數(shù)定義****</p><p>　　void pulse( ); //單脈沖信號(hào)（寬度為12.5μs）</

109、p><p>　　void delay( ); //延遲50ms</p><p>　　void delay250us( ); //延遲250μs</p><p>　　void delay180us( ); //延遲180μs</p><p>　　//****全局變量定義****//</p>

110、<p>　　volatile uchar U_Time[9]; //超聲標(biāo)志位(0xee)+時(shí)間</p><p>　　uchar m; //超聲傳感器選通標(biāo)號(hào)</p><p>　　uchar j; //超聲數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)</p><p>　　uchar i; //超