氣體泄漏超聲檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

氣體泄漏超聲檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著工業(yè)的發(fā)展，各種氣體包括易燃易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到增加，傳統(tǒng)的氣體泄漏檢測(cè)方法，如壓差法、氣泡法等，有其局限性，不僅操作復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員要求較高，而且不具有實(shí)時(shí)性。迫切需要各種方法簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性可靠的檢測(cè)方法。本文介紹了一種氣體泄漏超聲檢測(cè)系統(tǒng),在分析小孔氣體泄漏產(chǎn)生超聲波的原理的基礎(chǔ)上,闡述了該檢測(cè)系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能對(duì)各種壓力容器的孔隙泄漏所產(chǎn)生的微弱超聲信號(hào)進(jìn)行精確檢測(cè)。該系統(tǒng)利用技術(shù)對(duì)泄漏所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析處理和聲壓級(jí)計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏的檢測(cè)及泄漏量的估算。通過(guò)超聲波檢測(cè)，正確地判斷和定位產(chǎn)生泄漏位置，對(duì)于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，確保安全具有重大意義。在通過(guò)對(duì)超聲波性質(zhì)的研究中，我們發(fā)現(xiàn)超聲波是一種高頻短波，并且它在空氣中傳播具有很強(qiáng)的方向性。基于此特性，我設(shè)計(jì)了一套超聲波檢測(cè)電路，該電路包括了模擬電路與數(shù)字電路，其中模擬電路包含了信號(hào)放大電路和音頻處理電路；數(shù)字電路由單片機(jī)和LCD、鍵盤等外圍設(shè)備組成。在對(duì)超聲波信號(hào)的處理的過(guò)程中，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波以后，一路交給單片機(jī)處理，并在顯示屏上讀出信號(hào)的強(qiáng)度與流速；另一路通過(guò)降頻轉(zhuǎn)化為可聽(tīng)聲，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的目的。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；聲壓級(jí)；本底噪聲；泄漏超聲波AbstractAlongwiththeindustrydevelopment,eachkindofgasincludingisflammableexplosive,thevirulentgastypeandtheapplicationscopeallobtainstheincrease,thetraditionalgasdivulgestheexaminationmethod,likepressesthemethodofdifference,Airbubblemethodandsoon,hasitslimitation,notonlyoperatescomplex,requeststothetechnicalpersonnelhigh,moreoverdoesnothavetimeliness.Urgentneedeachmethodissimple,accuratereliableexaminationmethod.Thisarticleintroducedonekindofgasdivulgesthesupersonicexaminationsystem,divulgesintheanalysiseyeletgashasintheultrasonicwaveprinciplefoundation,elaboratedthisexaminationsystemprincipleandthedesignproposal.Thissystemcandivulgetheweaksupersonicsignaltoeachkindofpressurevesselholewhichproducestocarryonthepreciseexamination.Thissystemtodivulgestheultrasonicwavesignalusingthetechnologywhichproducestocarryonanalysisprocessingandtheacousticpressurelevelcomputation,thusrealizestotheexaminationwhichdivulgesanddivulgesquantityestimate.Throughtheultrasonicwaveexamination,correctlythejudgementandthelocalizationproducesdivulgestheposition,regardingenhancestheenterprisetheproductionefficiency,savestheenergy,guaranteessafelyhasthegreatsignificance.Inthroughtothesupersonicwavearcherytargetresearchin,wediscoveredtheultrasonicwaveisonekindofhighfrequencyshortwave,anditdisseminatesintheairhastheverystrongdirectivity.Basedonthischaracteristic,Ihavedesignedasetofultrasonicwavesexaminationselectriccircuit,thiselectriccircuithasincludedtheanalogouscircuitandthedigitalcircuit,analogouscircuithascontainedthesignalenlargementelectriccircuitandtheaudiofrequencyprocessingelectriccircuit;ThedigitalcircuitbyauxiliaryequipmentandsoonthemonolithicintegratedcircuitandLCD,keyboardiscomposed.Intotheultrasonicwavesignalprocessingprocessin,thesignalafterenlargesafterthefilter,agroupgivesmonolithicintegratedcircuitprocessing,andondisplaymonitorreadsignalintensityandspeedofflow;Anothergroupthroughfallsthefrequencytotransformformaylistentothesound,thusrealizationexaminationgoal.Keywords：Monolithicintegratedcircuit;Acousticpressurelevel;Backgroundnoise;Divulgestheultrasonicwave目錄引言…………11方案的選擇與論證………11.1方案一………………11.1.1絕對(duì)壓力法…………11.2方案二…………21.2.1壓差法………………21.3方案三………………21.3.1超聲波檢測(cè)法…………22氣體泄漏檢測(cè)的設(shè)計(jì)原理…………………22.1氣體泄漏產(chǎn)生超聲波……………………22.2聲壓與泄漏量的關(guān)系……………………33超聲檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原理與各單元電路的概述……………43.1電路系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程………………43.2各單元電路的介紹……………………53.2.1超聲探頭的原理…………………53.2.2前置放大電路………………………63.2.3帶通濾波器……………………73.2.4精密檢波電路……………………93.2.5A/D轉(zhuǎn)換電路………………………3.2.6單片機(jī)與LCD、鍵盤的連接電路的設(shè)計(jì)……………103.2.7本振電路……………143.2.8混頻電路……………153.2.9低通濾波…………153.2.10音頻功放電路………………………173.2.11整流濾波電路與穩(wěn)壓電路…………174超聲檢測(cè)的軟件設(shè)計(jì)…………………245電路的調(diào)試過(guò)程…………256結(jié)論…………………26謝辭………………………27參考文獻(xiàn)……………………28附錄…………29引言傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法是將待測(cè)物品充入水或其它介質(zhì)，通過(guò)觀察，測(cè)量在特定時(shí)間內(nèi)充入介質(zhì)的減少量(如通過(guò)檢測(cè)液面的降低等)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這是一種直接的測(cè)量方式?；谶@種方法又派生出另一種方法，即將待測(cè)物品充入一定壓力的氣體介質(zhì)(通常為壓縮空氣)，而后置水中觀察，以被測(cè)物品周圍是否產(chǎn)生氣泡作為是否泄漏的標(biāo)準(zhǔn)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步及檢測(cè)方法的改善，所謂“絕對(duì)不漏”或“無(wú)泄漏”只是一個(gè)數(shù)量上的概念，這一觀念，已被人們所接受。判別一個(gè)測(cè)量物品漏或者不漏需要一個(gè)更為準(zhǔn)確的、數(shù)量上的標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)一些需測(cè)量微小泄漏的場(chǎng)合。

泄漏檢查儀的出現(xiàn)為以上問(wèn)題提供了一個(gè)較好的解決辦法，它使得泄漏檢測(cè)過(guò)程更加便捷，測(cè)量結(jié)果也更為可靠。在采用泄漏檢查儀的基礎(chǔ)上，再輔以上、下料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)密封裝置及電氣控制、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)等等即可組成一個(gè)可用于加工生產(chǎn)線上的泄漏檢查設(shè)備——試漏機(jī)。試漏檢查儀的出現(xiàn)使得零部件的泄漏在線檢測(cè)成為可能，采用這種裝置可滿足批量生產(chǎn)中對(duì)零部件泄漏情況檢測(cè)的要求，大幅提高產(chǎn)品的品質(zhì)質(zhì)量。本課題主要設(shè)計(jì)一種氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。1方案的選擇與論證1.1方案一1.1.1絕對(duì)壓力法絕對(duì)壓力法測(cè)量系統(tǒng)如圖1-1所示，由氣源、空氣過(guò)濾器、壓力表、充氣閥、壓力傳感器等部分組成。測(cè)量過(guò)程如下：圖1-1絕對(duì)壓力法測(cè)量原理充氣：充氣閥開(kāi)啟，向待測(cè)件內(nèi)充入規(guī)定壓力的氣體；

穩(wěn)定：充氣閥關(guān)閉，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后使得充入氣體達(dá)到一個(gè)測(cè)量所必須的穩(wěn)定狀態(tài)。壓力傳感器將穩(wěn)定階段結(jié)束(測(cè)量階段開(kāi)始)前的壓力值設(shè)定為一個(gè)測(cè)量的零點(diǎn)；

測(cè)量：在規(guī)定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)系統(tǒng)檢出壓力的變化值ΔP，與設(shè)定的壓力變化極限值進(jìn)行比較，從而做出合格或不合格的判定；

排氣：測(cè)量結(jié)束后將測(cè)試件內(nèi)部氣體排入大氣中。

典型的測(cè)量壓力-時(shí)間之間關(guān)系如圖1-2所示。圖1-2測(cè)量壓力-時(shí)間曲線1.2方案二1.2.1壓差法壓差法測(cè)量原理見(jiàn)圖1-3。壓差法測(cè)量過(guò)程與絕對(duì)壓力法相似，與絕對(duì)壓力法不同之處在于壓差法采用一個(gè)參考件加入測(cè)量系統(tǒng)中，用壓差傳感器記錄測(cè)量階段測(cè)量件與參考件之間的壓力變化值ΔP。圖1-3壓差法測(cè)量原理圖壓差法與絕對(duì)壓力法類似，都是通過(guò)測(cè)量壓力變化值間接地測(cè)量泄漏率值。1.3方案三1.3.1超聲波檢測(cè)法超聲波檢測(cè)原理是利用超聲波勻速傳播且可以在金屬表面發(fā)生部分反射的特性，來(lái)進(jìn)行管道探傷檢測(cè)，它通過(guò)電子裝置，發(fā)送出超聲波的高頻（大于20KHz）脈沖，射到管壁上。反射回的超聲波，再通過(guò)傳感器（探頭）接收回來(lái)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大，顯示出來(lái)波形。由于不同部位處反射到探頭上的距離不同，因而超聲波返回的時(shí)間也不同。檢測(cè)器的數(shù)據(jù)處理單元便可通過(guò)計(jì)算探頭接收到的兩組反射波的時(shí)間差乘以超聲波傳播的速度，得出管道的實(shí)際壁厚。這樣，既可按照時(shí)間差顯示出的波形，根據(jù)標(biāo)定，測(cè)量出管壁厚度或缺陷以及腐蝕尺寸等。由于傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法如絕對(duì)壓力法、壓差法、氣泡法等,操作復(fù)雜并且對(duì)技術(shù)人員要求較高,而且不具有實(shí)時(shí)性。目前,工業(yè)上廣泛利用泄漏產(chǎn)生超聲波的原理來(lái)進(jìn)行泄漏檢測(cè)。利用超聲波檢測(cè)氣體泄漏位置,不僅方法簡(jiǎn)單,而且準(zhǔn)確可靠。基于此,本文研究并設(shè)計(jì)了一種超聲波氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。2氣體泄漏檢測(cè)的設(shè)計(jì)原理2.1氣體泄漏產(chǎn)生超聲波如果一個(gè)容器內(nèi)充滿氣體,當(dāng)其內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)時(shí),由于內(nèi)外壓差較大,一旦容器有漏孔,氣體就會(huì)從漏孔沖出。當(dāng)漏孔尺寸較小且雷諾數(shù)較高時(shí),沖出氣體就會(huì)形成湍流,湍流在漏孔附近會(huì)產(chǎn)生一定頻率的聲波,如圖2-1所示。聲波振動(dòng)的頻率與漏孔尺寸有關(guān),漏孔較大時(shí)人耳可聽(tīng)到漏氣聲,漏孔很小且聲波頻率大于20kHz時(shí),人耳就聽(tīng)不到了,但它們能在空氣中傳播,被稱作空載超聲波。超聲波是高頻短波信號(hào),其強(qiáng)度隨著離開(kāi)聲源(漏孔)距離的增加而迅速衰減。因此,超聲波被認(rèn)為是一種方向性很強(qiáng)的信號(hào),用此信號(hào)判斷泄漏位置相當(dāng)簡(jiǎn)單。

圖2-1氣體泄漏產(chǎn)生超聲波2.2聲壓與泄漏量的關(guān)系泄漏超聲本質(zhì)上是湍流和沖擊噪聲。泄漏駐點(diǎn)壓力P與泄漏孔口直徑D決定了湍流聲的\o"聲壓級(jí)"聲壓級(jí)L。著名學(xué)者馬大猷教授推出如下公式[1]:（2.1）式中,L為垂直方向距離噴口1m處的聲壓級(jí)(單位:dB);D為噴口直徑(單位:mm);D0＝1mm;P0為環(huán)境大氣絕對(duì)壓力;P為泄漏孔駐壓。由此可知,在與泄漏孔的距離一定時(shí),泄漏超聲的聲壓級(jí)是隨泄漏孔尺寸和系統(tǒng)壓力的變化而變化的。泄漏產(chǎn)生的超聲波頻帶比較寬,一般在20kHz到100kHz之間。在不同的頻率點(diǎn),超聲波的能量是不同的。實(shí)際上,它的頻譜峰值也是隨泄漏孔的尺寸和壓力的變化而變化的。比如:在一定的泄漏孔徑和壓力下,如果\o"泄漏超聲波"泄漏超聲波的頻譜峰值是在38kHz點(diǎn),那么加大孔徑以后它的頻譜峰值可能出現(xiàn)在36kHz點(diǎn);如果孔徑不變,加大系統(tǒng)內(nèi)外壓差,頻譜峰值可能出現(xiàn)在43kHz點(diǎn)。但是在同一頻率點(diǎn),對(duì)于形狀相同的泄漏孔,泄漏所產(chǎn)生的超聲波的聲強(qiáng)隨泄漏量的增大而增大。另外,如果泄漏量恒定,即泄漏面積一定,則泄漏孔的形狀越接近于圓形,聲壓越高。當(dāng)泄漏孔的雷諾數(shù)用式(2)表示時(shí),在40kHz點(diǎn)聲壓與雷諾數(shù)之間的關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2聲壓級(jí)與雷諾數(shù)的關(guān)系（2.2）式中,ρ為氣體密度;μ為粘度;V為流速;D為力學(xué)平均直徑。由圖2-2可知,如果能檢測(cè)出\o"泄漏"泄漏孔附近在某一個(gè)頻率點(diǎn)的聲強(qiáng),則可以推算出該泄漏孔的雷諾數(shù)。對(duì)于該泄漏孔,由于它的力學(xué)平均直徑是確定的,所以這時(shí)雷諾數(shù)與氣體泄漏量成正比關(guān)系。但是對(duì)于不同的泄漏孔,并不知道它的力學(xué)平均直徑,因此光知道雷諾數(shù)還不能求出泄漏量。在工業(yè)上,對(duì)于管道氣體,由于有源源不斷的氣體補(bǔ)給,管道里面的氣壓一般都是恒定值。而對(duì)于工業(yè)容器,由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱,容器當(dāng)中的壓力變化非常緩慢,所以可以認(rèn)為在一段時(shí)期內(nèi)是恒定值。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)外壓力一定時(shí)，對(duì)于不同的泄漏孔，它的泄漏流速都是一定的，可以用公式（2.3）來(lái)表示:（2.3）式中,V為氣體流速;p為管內(nèi)壓力;P0為環(huán)境大氣絕對(duì)壓力;T1為絕對(duì)溫度;σ＝P0/P;R為氣體常數(shù);K=,對(duì)于空氣,k=1.4,則K=2.646。當(dāng)雷諾數(shù)、氣體流速知道以后,就可以反求出該泄漏孔力學(xué)平均直徑D,即可得出泄漏量。通過(guò)以上分析得出:只要能檢測(cè)出距離泄漏點(diǎn)一定距離的超聲波在某一個(gè)頻率點(diǎn)的強(qiáng)度,再給出泄漏系統(tǒng)內(nèi)外壓力,就可以估算出氣體泄漏量。3超聲檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原理與各單元電路的概述3.1電路系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程小孔氣體泄漏所發(fā)出的超聲波強(qiáng)度是極其微弱的,而且在工業(yè)場(chǎng)合,環(huán)境噪聲是相當(dāng)大的。所以要檢測(cè)出在惡劣環(huán)境下的氣體泄漏所發(fā)出的超聲,必須對(duì)系統(tǒng)信號(hào)放大部分進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中只檢測(cè)40kHz點(diǎn)的\o"泄漏超聲波"泄漏超聲波的強(qiáng)度,原因是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出,在40kHz點(diǎn)的泄漏超聲波能量都是比較大的,而且泄漏聲和\o"本底噪聲"本底噪聲能量差值也最大(如圖3-1所示)。這樣選擇可以增加系統(tǒng)靈敏度。

圖3-1本底噪聲與泄漏聲聲壓圖系統(tǒng)原理如圖3-2所示。系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分,模擬部分包括信號(hào)放大電路和音頻處理電路等。信號(hào)放大電路由前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路組成。音頻處理電路由本振電路、混頻器、功率驅(qū)動(dòng)電路組成。數(shù)字部分主要由單片機(jī)和LCD、RAM、鍵盤等外圍設(shè)備組成。傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波以后,一路交由單片機(jī)處理,另一路通過(guò)降頻轉(zhuǎn)化為可聽(tīng)聲。下面分別介紹各部分原理放大放大電路超聲超聲探頭前置放大帶通濾波精密檢波A/D電路LCD鍵盤單片機(jī)穩(wěn)壓電源放大電路混頻器本振電路功率驅(qū)動(dòng)耳機(jī)圖3-2系統(tǒng)原理圖3.2各單元電路的介紹3.2.1超聲探頭的原理超聲探頭也稱為超聲波傳感器，超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：

（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。

（3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。3.2.2前置放大電路由于超聲波信號(hào)十分微弱，一般都是毫伏級(jí)，有的甚至是微伏級(jí)，所以必須經(jīng)過(guò)前置放大器的放大，才能在示波器顯示或記錄其波形。在這里我選擇了雙電路、低噪聲運(yùn)算放大器NE5532/A。運(yùn)算放大器NE5532/A具有雙電路、低漂移、低功耗、低噪聲及體積小等特點(diǎn)，其特性是：輸入失調(diào)電壓500μV；溫度漂移5μV/℃；偏置電流200nA；增益帶寬積GB=10MHz；轉(zhuǎn)換速率9V/μS；噪聲5nV/√HZ（1KHz）；消耗電流8mA；±3～±22V電源；差模電壓±0.5V；共模電壓±Vs；功耗1000mW；封裝形式：如圖3-3所示；圖3-3NE5532/A封裝圖前置放大電路：如圖3-4所示圖3-4前置放大電路3.2.3帶通濾波器二階有源RC帶通濾波器（1）二階有源RC帶通濾波器的幅頻特性圖3-5所示電路為二階有源RC帶通濾波器，運(yùn)算放大器構(gòu)成同相放大器，其閉環(huán)增益為，(利用這一點(diǎn)可以判斷運(yùn)算放大器工作是否正常)。采用復(fù)頻域分析，圖3-5二階有源RC帶通濾波器可以得到電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為：（3.1）根據(jù)二階基本節(jié)帶通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式：（3.2）可得增益常數(shù)，中心頻率，品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫成（3.3）其幅頻函數(shù)為：（3.4）由上式可見(jiàn)：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，其幅頻特性如圖3-6所示。圖3-6二階有源RC帶通濾波器幅頻特性與無(wú)源情況相比，由于品質(zhì)因數(shù)提高，通頻帶寬度減小，濾波器的選擇性改善；此外，還能提供增益(K=2)。3.2.4精密檢波電路用普通檢波二極管作檢波器時(shí)，由于其正向伏安特性不是線性的，因此在小信號(hào)下，檢波失真相當(dāng)嚴(yán)重。另外，二極管的正向壓降隨溫度而變，所以檢波器的特性也受溫度影響。用運(yùn)算放大器構(gòu)成的精密檢波器，能克服普通二極管的缺陷，得到與理想二極管接近的檢波性能。而且檢波器的等效內(nèi)阻及溫度敏感性也比普通檢波器好得多。如圖3-7所示：當(dāng)Usr為負(fù)時(shí)，經(jīng)放大器反相，Usc>0，D2截止，D1導(dǎo)通。D1的導(dǎo)通為放大器提供了深度負(fù)反饋，因此，放大器的反相輸入端2為虛地點(diǎn)，檢波器從虛地點(diǎn)經(jīng)過(guò)R2輸出信號(hào)。所以Usc=0。

當(dāng)Usr為正時(shí)，Usc<0，所以D1截止，只要Usc達(dá)到-0.7V，D2就導(dǎo)通，這時(shí)，可把D2的正向壓降UD看成是放大器的輸出失調(diào)電壓，因此電路相當(dāng)于反相輸入的比例放大器，其傳輸特性為Usc=-(R2/R1)Usr=-Usr。綜上所述，上圖的傳輸特性為Use=0(Usr<0);Usc=-Usr(Usr>0)。由于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益Go1很高，因此當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，只要Usr≥UD/Go1,就會(huì)使D2導(dǎo)通，而且D2一旦導(dǎo)通，放大器就處于深度的閉環(huán)狀態(tài)，非線性失真非常小，從小信號(hào)開(kāi)始，輸入和輸出之間就是具有良好的線性關(guān)系。它的死區(qū)電壓非常小，等于二極管的正向壓降UD的1/Go1倍。設(shè)D2導(dǎo)通時(shí)檢波器的反饋系數(shù)為F，則這種精密檢波器的內(nèi)阻和溫度系數(shù)為普通檢波器的1/(Go1·F)倍，當(dāng)R2>R1時(shí)，檢波器還兼有電壓放大作用，可將信號(hào)放大R2/R1倍。圖3-7精密檢波電路3.2.5AA/D轉(zhuǎn)換器有并口輸出ADC0809和串行口輸出ADC0831A/D0809的工作過(guò)程大致為：首先輸入地址選擇信號(hào)，在ALE信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中模擬量輸入。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)START（不應(yīng)小于100us）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換一開(kāi)始，芯片內(nèi)部就立即將結(jié)束標(biāo)志EOC變?yōu)榈碗娖?，?dāng)從CP（CLOCK）引入8個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)后，A/D轉(zhuǎn)換即告完成，此時(shí)EOC變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)將數(shù)碼寄存器的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到輸出三態(tài)緩沖器中，在允許輸出信號(hào)OE的控制下，在將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。但由于本系統(tǒng)規(guī)模較小且要其精度不高，而ADC0809雖然轉(zhuǎn)換速度較快但連線較多，我不予采用，而用連線較少的ADC0831就可以滿足要求。A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0831，其工作電壓為+5V，采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換時(shí)間與單片機(jī)的時(shí)鐘頻率有關(guān)。與微處理器接口時(shí)只需3根線，DO其中為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)串行輸出，CLK為時(shí)鐘信號(hào)，CS為片選信號(hào)，ADC0831的工作時(shí)序如圖3-8，圖3-8所示，在第二個(gè)CLK的下降沿后，DO輸出最高位MSB，8個(gè)時(shí)鐘后轉(zhuǎn)換完成。圖3-8ADC0831的工作時(shí)序3.2.6單片機(jī)與鍵盤、LCD的連接電路的設(shè)計(jì)利用啟點(diǎn)開(kāi)發(fā)板可以很容易的完成LCD顯示,具體如下:1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中:

第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。

第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。另外引腳"A"和"K"為背光引腳,"A"接正,"K"接負(fù)便會(huì)點(diǎn)亮背光燈.1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。

它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）

指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置

指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H

指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效

指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍

指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)

指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符

指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置

指令8：DDRAM地址設(shè)置

指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。

指令10：寫數(shù)據(jù)

指令11：讀數(shù)據(jù)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。圖3-9單片機(jī)與LCD的連接電路voidtest_busy(void){uchari=1; do{P0=0xff; RS=0; RW=1; E=1; if((P0&0x80)==0) { break; } E=0; }while(--i!=0);}/**********************************/voidENABLE(ucharorder){P0=order;_nop_();RS=0;_nop_();RW=0;_nop_();E=0;_nop_();test_busy();_nop_();E=1;_nop_();}voidwritedata(uchardigital){P0=digital; _nop_();RS=1; _nop_();RW=0; _nop_();E=0; _nop_();test_busy(); _nop_();E=1; _nop_();}/************************************/voidresetlcd(void)/*lcd初始化設(shè)置*/{DELAY();/*/清除屏幕*/ENABLE(0X01);/*/8位點(diǎn)陣方式*/ENABLE(0X38);/*/開(kāi)顯示*/ENABLE(0X0c);/*/移動(dòng)光標(biāo)*/ENABLE(0X06);/*/顯示位置*///ENABLE(0X80);}單片機(jī)與鍵盤的連接電路一般的具有人機(jī)對(duì)話的單片機(jī)系統(tǒng)少不了會(huì)有鍵盤。鍵盤接口的原理與應(yīng)用許多的教材都有介紹，但通常各有各的方法，各有各的優(yōu)劣。下面就我對(duì)單片機(jī)鍵盤接口的了解和應(yīng)用對(duì)單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)鍵盤的接口原理及應(yīng)用作一個(gè)說(shuō)明，并附加相應(yīng)鍵盤的匯編子程序和C語(yǔ)言子函數(shù)。

我以鍵盤的數(shù)目來(lái)選擇鍵盤最適合的接法和最佳的編程方法，對(duì)各鍵盤接口的方法的優(yōu)缺點(diǎn)加以說(shuō)明。

1*4按鍵的單片機(jī)鍵盤接口：

當(dāng)鍵盤的數(shù)目最多為4個(gè)時(shí)，我最佳的接口方案當(dāng)然是獨(dú)立式接法了，即每一個(gè)I/O口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地）。占用的I/O口數(shù)最大為4條。（注意：1~4按鍵的鍵盤的接法許多，如果接成掃描式可以占用更少的I/O口，但從程序復(fù)雜性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的綜合考慮的話，獨(dú)立式鍵盤接法應(yīng)該是首選）

獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。例如，將常開(kāi)按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開(kāi)始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解是否有按鍵動(dòng)作了。

值得注意的事，在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般在10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒級(jí)的單片機(jī)而言則是慢長(zhǎng)的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須去除或避開(kāi)它。目前的技術(shù)有硬件去抖動(dòng)和軟件去抖動(dòng)，硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，但是實(shí)現(xiàn)的難度較大又會(huì)提高了成本。軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避開(kāi)抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。這里我們只研究軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)

時(shí)立即延時(shí)10~200毫秒以避開(kāi)抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表示低電平的時(shí)間不到10~200毫秒，視為良好。圖3-10鍵盤接口電路3.2.7本振電路NE555時(shí)基電路封形式有兩種，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是SOP-8小型（SMD）封裝形式。其他HA17555、LM555、CA555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。NE555屬于CMOS工藝制造，下面我將對(duì)其進(jìn)行介紹。圖3-11是它的內(nèi)部功能原理框圖，圖3-12是它的內(nèi)部等效電路。NE555的內(nèi)部中心電路是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位Reset端，通過(guò)比較器A1，復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，另外還有集電極開(kāi)路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH。圖3-11內(nèi)部功能原理框圖圖3-12是內(nèi)部等效電路表1是NE555的極限參數(shù)，不同的封裝形式及不同的生產(chǎn)廠商的器件這些參數(shù)不盡相同，極限參數(shù)是指在不損壞器件的情況下，廠商保證的界限，并非可以工作的條件，如果超過(guò)某一環(huán)境下使用，其間的安全性將不會(huì)得到保證，這使用中應(yīng)加以注意。表1NE555的極限參數(shù)電源電壓允許功耗工作溫度儲(chǔ)藏溫度最高結(jié)溫+18V600mW-10—+70℃

軍用-55—+125℃-65—+150℃300℃3.2.8混頻電路混頻器的作用是變頻（或混頻），是將信號(hào)頻率由一個(gè)量值變換為另一個(gè)量值的過(guò)程。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào)：混頻器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來(lái)。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。當(dāng)本振振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，屏幕上就顯示出了被測(cè)信號(hào)在不同頻率上的幅度，將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來(lái)，就得到了被測(cè)信號(hào)的頻譜。3.2.9低通濾波二階有源RC低通濾波器(1)二階有源RC低通濾波器的幅頻特性圖3-13圖3-13所示電路為二階有源RC低通濾波器，運(yùn)算放大器A構(gòu)成同相放大器，其閉環(huán)增益為,(利用這一點(diǎn)可以判斷運(yùn)算放大器工作是否正常)。采用復(fù)頻域分析，可以得電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為：（3.5）根據(jù)二階基本節(jié)低通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式：（3.6）可得增益常數(shù)K=2，極點(diǎn)頻率，極偶品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫成：（3.7）其幅頻函數(shù)為：（3.8）由上式可見(jiàn)：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，其幅頻特性如下圖3-14所示與無(wú)源情況相比，由于QP增大，隨著頻率增加幅值函數(shù)減小較慢；此外，還能提供增益，即K=2>1。圖3-14二階有源RC低通濾波器幅頻特性3.2.10音頻功放電路LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。

LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。

特性:

1、靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。

2、工作電壓范圍寬，4-12V

or

5-18V。

3、外圍元件少。

4、電壓增益可調(diào)，20-200。

5、低失真度。

圖3-15音頻功放電路3.2.11整流濾波電路與穩(wěn)壓電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。濾波電路將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。直流電源的方框圖如圖3-16所示圖3-16整流濾波方框圖1橋式整流電路（1）工作原理橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖3-17（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴８鶕?jù)圖3-17（a）的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖3-17（b）。(2)參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖3-17（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（3.9）流過(guò)負(fù)載的平均電流為（3.10）流過(guò)二極管的平均電流為（3.11）二極管所承受的最大反向電壓（3.12）（a）橋式整流電路（b）波形圖圖3-17橋式整流電路流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。（3.13）（3.14）（3）橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系

（3.15）

該曲線如圖3-18所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。

2濾波電路濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，圖3-18單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。(2)電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖3-19所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖3-19電容濾波電路(3)濾波原理若v2處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦波。當(dāng)v2到達(dá)wt=p/2時(shí)，開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)wt=p/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò)wt=p/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò)wt=p/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖3-19。需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減??；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖3-20濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見(jiàn)濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。(4)電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算圖3-20電容濾波電路波形圖3-21電容濾波的效果電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即另一種是在RLC=（3~5）的條件下，近似認(rèn)為VO=1.2V2。(5)外特性

整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖3-22所示。圖3-22電容濾波外特性曲線

穩(wěn)壓電路引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因

理想的穩(wěn)壓電路輸出電阻Ro=0,則Vo與負(fù)載RL無(wú)關(guān)，為了降低Ro,穩(wěn)定Vo,高質(zhì)量的穩(wěn)壓電路必須采用深度電壓負(fù)反饋以改善電路性能。

引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，參見(jiàn)圖3-23。負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。即（3.16）圖3-23穩(wěn)壓電源方框圖穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。DVI和DIO引起的DVO可用下式表示。（3.17）(1)穩(wěn)壓系數(shù)Sr穩(wěn)壓系數(shù)的定義為：（3.18）（2）電壓調(diào)整率SV（3.19）電壓調(diào)整率是特指ΔVI/VI=±10%時(shí)的Sr。（3）輸出電阻Ro（3.20）（4）電流調(diào)整率SI電流調(diào)整率SI的定義是當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。（3.21）（5）紋波抑制比SripSrip定義為輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。（3.22）（6）輸出電壓的溫度系數(shù)ST（3.23）如果考慮溫度對(duì)輸出電壓的影響,則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)。（3.24）圖3-24整流濾波電路與穩(wěn)壓電路4超聲檢測(cè)的軟件設(shè)計(jì)因?yàn)橄到y(tǒng)要完成測(cè)量泄漏超聲的聲壓級(jí)、估算泄漏量以及完成顯示功能,所以系統(tǒng)軟件部分主要是由信號(hào)采集子程序、濾波子程序、FFT變換程序、泄漏估算子程序、LCD顯示子程序、鍵盤服務(wù)子程序六大模塊組成，因?yàn)镃語(yǔ)言編寫的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語(yǔ)言編寫。列出程序設(shè)計(jì)的總體思路,如圖4-1所示。本文所介紹的超聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)具有精度高、體積小、便于攜帶和具有很好的人機(jī)交互界面等特點(diǎn)。該系統(tǒng)還利用單片機(jī)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)泄漏量的估算。下面根據(jù)圖4-1主程序流程圖介紹軟件的具體設(shè)計(jì)（1）首先將單片機(jī)系統(tǒng)、LCD、A/D轉(zhuǎn)換、濾波器系數(shù)、FFT旋轉(zhuǎn)因子初始化；（2）鍵盤掃描子程序由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在鍵被按下或彈起時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示。為保證鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，必須進(jìn)行去抖動(dòng)處理，去抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動(dòng)電路，從根本上避免抖動(dòng)；軟件方法有很多種，例子程序主要是利用主程序的循環(huán)掃描，主程序循環(huán)一次，掃描一次按鍵，當(dāng)連續(xù)N次掃描到的鍵值都一樣時(shí)，則說(shuō)明是穩(wěn)定的按鍵值。顯示子程序完成符號(hào)、數(shù)值的顯示輸出。（3）A/D采樣子程序信號(hào)采集與A/D轉(zhuǎn)換子程序根據(jù)輸入?yún)?shù)對(duì)相應(yīng)的模擬信號(hào)進(jìn)行量化及處理，并將相應(yīng)信號(hào)的數(shù)值返回主程序。（4）FIR濾波子程序?yàn)V波算法的設(shè)計(jì)：這里主要采用了算術(shù)平均值濾波法的方法，一般在設(shè)計(jì)平均值濾波程序是，要考慮消除較為明顯的脈沖干擾，即將遠(yuǎn)離真實(shí)值的采樣值剔除，不參加平均值計(jì)算，從而使平均值更接近真實(shí)值。算法原理為：連續(xù)采用幾次，將其累加求和，同時(shí)找出其中的最大值和最小值，再?gòu)睦奂雍椭袦p去最大值和最小值，按N-2個(gè)采樣值求平均，即得有效采樣值。為使平均濾波方便，N-2最好取，2、4、8、16，這樣的除法實(shí)際上執(zhí)行右移指令即可完成。具體做法有兩種：對(duì)于快變參數(shù)，先連續(xù)采樣N次，然后在處理，但要在RAM中開(kāi)辟出N個(gè)數(shù)據(jù)的暫存區(qū)。對(duì)于慢變參數(shù)，可一邊采樣，一邊處理，而不必在RAM中開(kāi)辟數(shù)據(jù)暫存區(qū)。（5）FFT變換子程序在進(jìn)行FFT變換子程序的設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榛乃惴ū然惴?，并且頻率抽取算法比時(shí)間抽取算法能更好的發(fā)揮單片機(jī)并行運(yùn)算能力，所以采有基四頻率抽取算法（6）聲強(qiáng)計(jì)算及泄漏量估算子程序（7）顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序完成符號(hào)、數(shù)值的顯示輸出。顯示子程序聲強(qiáng)計(jì)算及泄漏量估算子程序FFT變換子程序FIR濾波子程序A/D采樣子程序鍵盤掃描子程序開(kāi)始單片機(jī)系統(tǒng)初始化LCD初始化A/D轉(zhuǎn)換初始化濾波器系數(shù)初始化FFT旋轉(zhuǎn)因子初始化圖4-1主程序流程圖顯示子程序聲強(qiáng)計(jì)算及泄漏量估算子程序FFT變換子程序FIR濾波子程序A/D采樣子程序鍵盤掃描子程序開(kāi)始單片機(jī)系統(tǒng)初始化LCD初始化A/D轉(zhuǎn)換初始化濾波器系數(shù)初始化FFT旋轉(zhuǎn)因子初始化5電路的調(diào)試過(guò)程電路調(diào)試過(guò)程的步驟如下（1）首先檢查穩(wěn)壓電源，其中正負(fù)12伏電壓供給功放電路，正負(fù)5伏提供給單片機(jī)電路；（2）其次檢查各芯片管腳的電壓是否滿足工作電壓，包括單片機(jī)，NE555，NE5532芯片等；（3）接著在前兩步認(rèn)真完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)入整體電路的調(diào)試，該電路包括兩路調(diào)試；（4）第一線路的測(cè)試：輸入5毫伏，頻率為40K的正弦波，用示波器測(cè)量該信號(hào)的波形，信號(hào)通過(guò)超聲探頭到達(dá)前置放大電路，其中包含了兩級(jí)放大，第一級(jí)放大100倍，第二級(jí)放大10倍，它們是用電容耦合而成的。輸出的波形為5伏，頻率為40K的正弦波；（5）通過(guò)放大器后，信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，輸出波形的中心頻率為40K，帶寬為38K至40K；該信號(hào)進(jìn)入精密檢波電路，精密檢波電路的作用是將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷簽?伏的直流信號(hào)；最后信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行AD采樣。第二線路的測(cè)試：由本振電路產(chǎn)生頻率為37K的多諧振蕩波；在端口1輸入頻率為38-42K的正弦波并與37K的多諧振蕩波進(jìn)行混頻，混頻后進(jìn)入低通濾波器后，得到頻率0-3K的信號(hào)；最后信號(hào)進(jìn)入音頻功放電路，喇叭口處產(chǎn)生響聲，此完成整個(gè)調(diào)試過(guò)程。6結(jié)論本文設(shè)計(jì)和制作了氣體泄漏超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，該電路主要以性能穩(wěn)定、簡(jiǎn)單實(shí)用為目的，整體制作符合要求。通過(guò)概述使大家充分了解了該檢測(cè)系統(tǒng)的原理與功能。從摘要和引言部分概要介紹了其可靠性和實(shí)用性。第一章介紹了氣體泄漏檢測(cè)方案的選擇和論證，從絕對(duì)壓力法、壓差法、超聲波檢測(cè)法相比較中，選出最佳方法；第二章介紹泄漏檢測(cè)的設(shè)計(jì)原理，從對(duì)氣體泄漏產(chǎn)生一定頻率的聲波現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了存在有超聲波，通過(guò)對(duì)超聲波的檢測(cè)來(lái)判斷泄漏的確切位置，并且從數(shù)學(xué)的角度分析了聲壓與泄漏量的關(guān)系；第三章詳細(xì)介紹超聲檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原理與各單元電路的設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)原理的角度得出系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分；第四、五章介紹了軟件設(shè)計(jì)與電路調(diào)試過(guò)程。通過(guò)本次電路的制作，我對(duì)氣體泄漏超聲檢測(cè)系統(tǒng)原理有了進(jìn)一步的了解，在氣體泄漏的分析中對(duì)超聲波檢測(cè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，提高了科學(xué)的分析和運(yùn)用能力。本電路雖然已完成實(shí)際制作，并且符合要求，但也存在許多需要完善的地方，由于本人水平有限，因此對(duì)其中的原理和實(shí)際操作方法有待深入的學(xué)習(xí)研究和提高。文中有不足之處懇請(qǐng)各位老師加以指導(dǎo)，本學(xué)生衷心感謝。謝辭本文是在導(dǎo)師晉良念老師悉心指導(dǎo)和鼓勵(lì)下完成的。論文的選題、具體工作和撰寫過(guò)程都凝聚著導(dǎo)師的心血和汗水。晉良念老師淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)給我留下了深深的印象，使我受益匪淺。在設(shè)計(jì)、制作到論文的完成過(guò)程中，晉良念老師盡量為我提供實(shí)踐基地和耐心指導(dǎo)，并且在生活上給予了極大的關(guān)心和幫助。在此向晉良念老師表示衷心的感謝和崇高的敬禮。最后感謝桂林電子科技大學(xué)的培養(yǎng)，感謝所有教過(guò)和沒(méi)教過(guò)我課的老師。衷心感謝在百忙中抽空參加論文評(píng)審的各位老師，感謝他們?yōu)楸疚母冻龅男燎趧趧?dòng)。另外還得感謝辛苦培養(yǎng)我的父母，感謝他們的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999.154-163.

[2]于亞非.用超聲波傳感器檢測(cè)氣體泄漏[J].儀器與未來(lái)，1992(8).

[3]李光海，王勇等.基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2002.5

[4]李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[5]李進(jìn)，陳會(huì)倉(cāng)等.氣體泄漏超聲波檢測(cè)裝置[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1996，(5).[6]龔其春，葉騫.新型氣體泄漏超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2005，3[7]袁易全,黃建人.高靈敏超聲檢漏儀的研究[M].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1989[8]李建藩.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)廣州[M].華南理工大學(xué)出版社，1991[9]ATMELCorporation.8-bitMicrocontrollerwith8KBytesFlashAT89C52.[10]DonaldA.Neamen.ElectronicCircuitAnalysisandDesign(Secondedition).PublishedbytheMcGraw-Hillcompanies,2001.e,"Calvinsaid.Ciroccoglancedathim,gotaglimpseofhisbrowneyesbeforeheturnedbacktohiswork."Thatwasmythought.Arealbigfusionramscoop.Themachineryisinthehub,electromagneticfieldgeneratorstofunneltheinterstellarhydrogenintothecenter,whereitgetsburned."Gabyshrugged."Makessense.Butwhataboutdocking?""Well,leavingthethingwouldbeeasyenough.justdropoutaholeinthebottomandgetescapevelocityforfree,plussometofoolaroundwith.Butthereoughttohesomesortofdingusthatwouldtelescopeouttothecenterofrotationwhentheengineisn'trunning,topickupscoutships.Themainenginehastohethere.Theonlyotherwaywouldbetospaceenginesaroundtherim.I'dwantthree,atleast.Morewouldbebetter."ndgirls'dorms,butyousaweverybodyintherecroomandthedininghallandsoon,andshewasinmypsychodramagroup."Herhairhadbeenblack,andshinyasthelacqueredfurnitureinDr.Hong'srooms,herskinwhitelikemother-of-pearl,hereyeslongandnarrow(makinghimthinkofcats'eyes)anddarklyblue.Shewasfifteen,orsoNicholasbelieved-maybesixteen."I'mgoinghome,"shetoldhim.Itwaspsychodrama,andhewasherbrother,youngerthanshe,andshewasalreadyathome;butwhenshesaidthisthefloatingringoflightthatgavethemthenecessaryseparationfromthesmalldoctor-and-patientaudience,ceased,byi"AndwhenIwasthereitrained.Therewasabig,'troubleatoneofthegeneratingpiles,andtheyshutit-_downanditgotcolderandcolderuntileverybodyinthehospitalworetheirblankets,justlikeAmerindsinbooks,andtheylockedtheswitchesoffontheheatersinthebathrooms,andthenursesandthecomscreentoldyouallthetimeitwasn'tdangerous,theywere-justrationingpowertokeepfromblackingouttheimportantstuffthatwasstillrunning.Andthenitrained,justlikeonEarth.Theysaiditgotsocoldthewatercondensedintheair,anditwaslikethewholehospitalwasrightunderashowerbath.Everybodyonthetopfloorhadtocomedownbecauseitrainedrightontheirbeds,andfortwonightsIhadamaninmyroomwithmethathadhisarmcutoffinamachine.Butwecouldn'tjumpanyhigher,anditgotkindofdark.""Itdoesn'talwaysgetdarkhere,"Dianesaid."Sometimestherainsparkles.IthinkDr.Islandmustdoittocheereveryoneup.""No,"thewavesexplained,"oratleastnotinthewayyoumean,Diane."Nicholaswashungryandstartedtoaskthemforsomethingtoeat,thenturnedhishungerinagainstitself,spatonthesand,andwasstill.es.Inevermetanyoneofhisclasswhorememberedhim.Theydidnotevenrememberthathewasmiddleweightboxingchampion. Imistrustallfrankandsimplepeople,especiallywhentheirstoriesholdtogether,andIalwayshadasuspicionthatperhapsRobertCohnhadneverbeenmiddleweightboxingchampion,andthatperhapsahorsehadsteppedonhisface,orthatmaybehismotherhadbeenfrightenedorseensomething,orthathehad,maybe,bumpedintosomethingasayoungchild,butIfinallyhadsomebodyverifythestoryfromSpiderKelly.SpiderKellynotonlyrememberedCohn.Hehadoftenwonderedwhathadbecomeofhim. RobertCohnwasamember,throughhisfather,ofoneoftherichestJewishfamiliesinNewYork,andthroughhismotherofoneoftheoldest.AtthemilitaryschoolwherehepreppedforPrinceton,andplayedaverygoodendonthefootballteam,noonehadmadehimrace-conscious.NoonehadevermadehimfeelhewasaJew,andhenceanydifferentfromanybodyelse,untilhewenttoPrinceton.Hewasaniceboy,afriendlyboy,andveryshy,anditmadehimbitter.Hetookitoutinboxing,andhecameoutofPrincetonwithpainfulself-consciousnessandtheflattenednose,andwasmarriedbythefirstgirlwhowasnicetohim.Hewasmarriedfiveyears,hadthreechildren,lostmostofthefiftythousanddollarshisfatherlefthim,thebalanceoftheestatehavinggonetohismother,hardenedintoaratherunattractivemouldunderdomesticunhappinesswitharichwife;andjustwhenhehadmadeuphismindtoleavehiswifeshelefthimandwentoffwithaminiature-painter.Ashehadbeenthinkingformonthsaboutleavinghiswifeandhadnotdoneitbecauseitwouldbetoocrueltodepriveherofhimself,herdeparturewasaveryhealthfulshock. ThedivorcewasarrangedandRobertCohnwentouttotheCoast.InCaliforniahefellamongliterarypeopleand,ashestillhadalittleofthefiftythousandleft,inashorttimehewasbackingareviewoftheArts.ThereviewcommencedpublicationinCarmel,California,andfinishedinProvincetown, Bythattime,though,hehadotherthingstoworryabout.HehadbeSheturnedtofacethecamera."Sendmewhatyoucanabouthydrogenramscoopengines,"shesaid."SeeifyoucangivemesomeideaofwhattolookforifThemishasone"."You'llhavetotakeyourshirtoff,"Calvinsaid.Ciroccoreachedupandswitchedoffthecamera,leavingthesoundon.CalvinthumpedherbackandlistenedtotheresultswhileCiroccoandGabycontinuedtostudythepictureofThemis.TheycameupwithnonewinsightsuntilGabybroughtUPthematterofthecables."Asfaras1cantell,theyformacircleaboutmidwaybetweenthehubandtherim.Theysupportthetopedgesofthereflectingpanels,sortofliketheriggingonasailingship.""Whataboutthese?"Ciroccoasked,indicatingtheareabetweentwoofthespokes."Anyideawhatthey'refor?""Nope.There'ssixofthem,andtheyrunmidwaybetweenthespokesfromthehubtotherim,radially.Theypassthroughthfra-red,whichseemstobethebestspectrum."Ciroccoraisedherselfononeelbow,carefulnot