超聲波測(cè)距儀以及示波器

本系統(tǒng)基于超聲波脈沖法測(cè)距原理，由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、電源模塊、顯示與控制模塊組成。經(jīng)過(guò)測(cè)試，測(cè)量范圍在6cm到150cm內(nèi)，測(cè)量誤差10%以?xún)?nèi)。超聲波測(cè)距儀方案選擇系統(tǒng)方案一：基于CPLD和單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)方案。測(cè)距中的時(shí)間是通過(guò)高精度的晶體振蕩器作為時(shí)鐘信號(hào)源來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量，同時(shí)使用CPLD代替常用的單片機(jī)純軟件方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)作控制以減少誤差。由CPLD完成超聲波的發(fā)射和接收，并精確記錄回波時(shí)間，克服了單片機(jī)的速度限制，可以使記錄回波的時(shí)間精確到ns級(jí)，系統(tǒng)精度高，成本高。方案選擇系統(tǒng)方案二：基于單片機(jī)的超聲測(cè)距方案，由軟件控制實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收及計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止，但超聲波信號(hào)的發(fā)射與計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)不同步，超聲波傳感器接收到信號(hào)與單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)之間不同步，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的計(jì)數(shù)頻率較低，所以單片機(jī)系統(tǒng)的測(cè)距誤差一般為厘米級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低。方案描述

圖1超聲測(cè)距儀系統(tǒng)總體框圖理論分析與計(jì)算

超聲波脈沖法測(cè)距原理：聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)障礙物阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱(chēng)為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間時(shí)間可以測(cè)量到，那么就可以計(jì)算出從聲源到目標(biāo)的距離。本設(shè)計(jì)中聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見(jiàn)的超聲波。室溫下聲波在空氣中的傳播速度是340m/s，測(cè)量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是t秒，則聲波經(jīng)過(guò)的距離d可以由以下公式計(jì)算：

d=34000(cm/s)×t(s)

因?yàn)槁暡ń?jīng)過(guò)的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。電路設(shè)計(jì)（超聲波發(fā)射模塊）圖2超聲波發(fā)射模塊電路原理圖電路設(shè)計(jì)（超聲波接收模塊）圖3超聲波接收模塊電路原理圖電路設(shè)計(jì)（電源模塊）圖4電源模塊電路原理圖電路設(shè)計(jì)（控制與顯示模塊）圖5控制模塊電路與顯示模塊電路超聲波測(cè)距儀整體設(shè)計(jì)圖圖6超聲測(cè)距儀整體原理圖設(shè)計(jì)流程圖測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

測(cè)試儀器及測(cè)試方法在超聲測(cè)距儀發(fā)射、接收探頭正前方放置一物體做障礙物，把障礙物放置到離探頭固定距離，記錄此距離作為實(shí)際距離，再記錄超聲測(cè)距儀顯示的測(cè)量距離，通過(guò)多次不同距離測(cè)量得到測(cè)量數(shù)據(jù)，最后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。測(cè)試數(shù)據(jù)記錄實(shí)際距離（cm）1251015202530測(cè)量結(jié)果（cm）

6561116212530誤差（%）

50015020106.6500實(shí)際距離（cm）405060708090100150測(cè)量結(jié)果（cm）

385466748597110163誤差（%）-58105.76.27.7108.6測(cè)試數(shù)據(jù)分析經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)的分析，測(cè)試距離在1～5cm之間時(shí)誤差都較大。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的計(jì)數(shù)頻率較低，所以單片機(jī)系統(tǒng)的測(cè)距誤差一般為厘米級(jí)。測(cè)試距離在6～150cm之間時(shí)，誤差很小，都在10%以?xún)?nèi)。數(shù)字示波器設(shè)計(jì)摘要

基于AVR的示波器

一個(gè)低速的基于mega32示波器，它可以用于檢測(cè)5HZ信號(hào)，輸入電壓可在24－30V（直流）。

由VassilisSerasidis設(shè)計(jì)，于01.Dec.2007

編譯語(yǔ)言:C語(yǔ)言方案選擇系統(tǒng)方案一：純單片機(jī)方式。即完全由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)前級(jí)信號(hào)程控調(diào)理、采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器的控制、數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ)、波形顯示和控制電路等功能。方案選擇系統(tǒng)方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)與FPGA結(jié)合的方式。即由單片機(jī)來(lái)完成信號(hào)調(diào)理和人機(jī)界面等頂層控制功能，而由FPGA來(lái)完成采集和信號(hào)處理等底層的核心計(jì)算。方案分析選擇方案一的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)規(guī)模較小，有一定靈活性，但不適宜于觀察高速信號(hào)或復(fù)雜信號(hào)。在采樣速率不是太高的情況下，可以滿(mǎn)足要求。方案二是在單片機(jī)的管理下，由可編程邏輯器件FPGA完成高速控制作用，例如對(duì)高速信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，而單片機(jī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA及整個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器的管理。在這里，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，而采用方案一。示波器總框圖方案描述控制器模塊以Atmega32單片機(jī)為核心的系統(tǒng)。Atmega32單片機(jī)內(nèi)置8路十位具有可選差分輸入級(jí)的可編程增益（TQFP封裝）的ADC,32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時(shí)讀寫(xiě)能力，即RWW），1024字節(jié)的EEPROM。理論分析（有關(guān)等效采樣分析）等效采樣分析數(shù)據(jù)采樣技術(shù)分為實(shí)時(shí)采樣和等效采樣兩種。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)采樣對(duì)信號(hào)的的捕獲能力受到了A/D最高采樣速率的限制，因?yàn)?，?shí)時(shí)采樣是在一次觸發(fā)后完成整個(gè)的采集過(guò)程，通常對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣都必須滿(mǎn)足Nyquist采樣定理，采樣頻率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的2倍。頻率越高就需要越高速的A/D轉(zhuǎn)換器。等效采樣的基本原理就是通過(guò)多次觸發(fā)多次采集而獲取重建信號(hào)波形。等效采樣的前提是，信號(hào)必須是周期重復(fù)的。等效采樣通過(guò)對(duì)周期的信號(hào)的多次采樣，把在信號(hào)的不同周期中采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，實(shí)現(xiàn)重建的信號(hào)波形。工作于等效采樣模式的高速數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，采樣頻率可以較低，而信號(hào)的頻率可以很高。等效采樣技術(shù)主要有順序等效采樣和隨機(jī)等效采樣。電路與程序設(shè)計(jì)

電路參考原理圖電路與程序設(shè)計(jì)PROTUES軟件虛擬仿真電路圖測(cè)試試結(jié)果以及分析經(jīng)過(guò)軟件模擬測(cè)試結(jié)果，示波器測(cè)試顯示正弦波，三角波，方波。按鍵可控制波形的上下移動(dòng)。示波器能測(cè)到顯示的波形最大頻率為100KHz。電壓值為0～12V之間。本設(shè)計(jì)采用的是32位AVR單片機(jī)內(nèi)置A/D直接將信號(hào)進(jìn)行采樣處理，如需測(cè)更高頻率的信號(hào)，需要加入高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請(qǐng)盡量言簡(jiǎn)意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動(dòng)、換向；

2.輔機(jī)的啟動(dòng)；

3.為氣動(dòng)裝置提供氣源；

4.為氣動(dòng)工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患?jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類(lèi)：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)單級(jí)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長(zhǎng)的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動(dòng)件少（軸承與滑片），潤(rùn)滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬(wàn)小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬(wàn)小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長(zhǎng)達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過(guò)?；?葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴(lài)的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過(guò)濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動(dòng)疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過(guò)濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過(guò)濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開(kāi)發(fā)并問(wèn)世的高科技?jí)嚎s機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長(zhǎng)壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件渦卷付，只有磨合沒(méi)有磨損，因而壽命更長(zhǎng)，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動(dòng)渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動(dòng)渦卷作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過(guò)程

1—2壓縮過(guò)程

2—3排氣過(guò)程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）

壓縮分類(lèi)：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對(duì)氣缸的冷卻，省功、對(duì)氣缸潤(rùn)滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對(duì)容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見(jiàn)表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過(guò)程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過(guò)程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過(guò)程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來(lái)衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對(duì)氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來(lái)衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動(dòng)慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時(shí)，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長(zhǎng)度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長(zhǎng)度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動(dòng)慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時(shí)間內(nèi)活塞所掃過(guò)的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率

Ps(PT)<pi軸功率P：壓縮機(jī)軸的輸入功率絕熱指示效率等溫指示效率機(jī)械效率總效率（絕熱、等溫）二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作