畢業(yè)設(shè)計--基于單片機的超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　基于單片機的超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　學院名稱： 汽車與交通工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 汽車服務(wù)工程 </p><p>　　班 級： &

2、lt;/p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師姓名： </p><p>　　指導教師職稱： 講 師 <

3、;/p><p><b>　　二〇一七年六月</b></p><p>　　基于單片機的超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘 要：汽車鋼板在汽車長期運行的過程中會因各種原因發(fā)生銹蝕，嚴重的銹蝕會引起鋼板斷裂，進而對行車安全造成極大隱患，因此對汽車鋼板厚度進行定期測量十分必要。此外，在汽車的生產(chǎn)過程中，同樣要對其鋼板厚度進行測量，由此來檢

4、測所用的鋼板是否符合要求。本課題在對比了目前用于厚度檢測的多種方法的基礎(chǔ)上，選擇了基于單片機的超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)進行了重點研究。所設(shè)計的測厚系統(tǒng)采用超聲波脈沖回波法對鋼板厚度進行測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。測厚系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計是本課題的重點。其中硬件設(shè)計部分包括STC89C52模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊、獨立按鍵模塊、溫度補償模塊和電源模塊。軟件設(shè)計部分采用C語言編寫軟件程序，程序包括主程序部分、計數(shù)器部分、鍵盤部分和溫

5、度補償部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞：超聲波；單片機；測厚</p><p>　　Design of an Ultrasonic Automotive Steel Plate Thickness Measurement System Based on Single Chip Microcomputer </p><p>　　Abstract：Automotive

6、steel plate will be corroded for various reasons during the long time running process, and serious corrosion can cause possible steel plate fracture. It is necessary to carry out regular measurement of the automobile ste

7、el plate thickness owing to the safety problem. Besides, there is also a need for the thickness measurement of the automobile steel plate during the manufacturing process to check if the used steel plate can meet the pro

8、duction requirements. In this work, diff</p><p>　　Keywords：Ultrasonic; SCM; Thickness measurement </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p><p>　　

9、超聲波技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)是其中一個很小的一個分支。我們常用的超聲波技術(shù)應(yīng)用包括超聲波清洗、超聲波測距、超聲波焊接等等。超聲波技術(shù)得到了越來越多的行業(yè)認可，將會有更多的行業(yè)應(yīng)用超聲波的各種技術(shù)。</p><p>　　超聲波測量車用鋼板厚度，操作簡單，測量快速。超聲波測量車用鋼板的最大優(yōu)點在于可以單側(cè)面接觸測量。同時超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)具有測量精度高、安全無污染的優(yōu)點。超聲技術(shù)可以用于檢測

10、車用鋼板厚度及其局部腐蝕、銹蝕的情況，因此對汽車的產(chǎn)品檢驗，安全行駛的監(jiān)督起到一個十分重要的作用。</p><p><b>　　1.2 測厚系統(tǒng)</b></p><p>　　當下，測厚技術(shù)的種類很多很多。按照接觸與否，可以分為接觸式測厚和非接觸式測厚兩類。按照測厚的工作原理可以分為五類，下圖為當前使用的測厚儀詳細分類。</p><p>　　圖1

11、-1 測厚儀的分類</p><p>　　1.機械接觸式測厚技術(shù)</p><p>　　根據(jù)使用的傳感器的差別，可以分為位移傳感器式和光電碼盤式。機械接觸式測厚技術(shù)的工作原理為：分別放置兩個壓頭在被測工件的兩個表面，然后測量這兩個壓頭的位移或旋轉(zhuǎn)的角度，以測算工件的厚度。本測厚技術(shù)的精度很高，但是測量范圍很小。</p><p><b>　　2.超聲波測厚技術(shù)&

12、lt;/b></p><p>　　超聲波測厚技術(shù)，主要工作原理是超聲波脈沖反射原理。測量時，當超聲波探頭發(fā)射的超聲波到達被測工件的分界面時，超聲波脈沖會被反射回探頭。由超聲波在被測工件中的傳播時間就可以計算出被測工件的厚度。由于本測厚技術(shù)測量精確，算法簡單，本測厚系統(tǒng)將采用超聲波測厚技術(shù)對車用鋼板進行厚度測量。</p><p><b>　　3.χ射線測厚技術(shù)</b&g

13、t;</p><p>　　當Χ射線穿透被測工件時，射線的強度會發(fā)生變化，由射線強度與材料厚度之間的關(guān)系可以計算出被測工件的厚度。本測厚技術(shù)的優(yōu)點為可以不受材質(zhì)不受顏色的影響而且測量由一種材料構(gòu)成的工件時精度很高。缺點為其測量容易受到溫度的影響。本測厚技術(shù)大多用于塑料、薄膜等等。</p><p>　　4.同位素測厚技術(shù)</p><p>　　同為素測厚技術(shù)原理為：當同

14、位素的射線穿過被測工件后，射線的強度會衰減，通過射線強度的衰減與材料厚度之間的關(guān)系可以計算出被測工件的厚度。按照放射源的不同，同位素測厚技術(shù)又可以細分為兩種，β射線測厚儀與γ射線測厚儀。同位素測厚技術(shù)相比與其他的測厚技術(shù)，穿透能力更像，且相對穩(wěn)定。</p><p><b>　　5.渦流測厚技術(shù)</b></p><p>　　渦流測厚技術(shù)的原理為：將信號源產(chǎn)生的方波信號加

15、在激勵線圈的兩端，會有周期脈沖電流產(chǎn)生在激勵線圈之中。然后會感應(yīng)出脈沖磁場且會迅速衰減，之后脈沖電流會在導體中被磁場感應(yīng)出，脈沖渦流會傳播進工件內(nèi)部，與此同時會產(chǎn)生渦流磁場且會迅速衰減，而檢測線圈會由于渦流磁場的衰減，感應(yīng)電動勢會隨著時間變化。由瞬間感應(yīng)電動勢與被測材料厚度之間的關(guān)系，可以計算出被測工件的厚度。渦流測厚儀優(yōu)點為價格便宜、結(jié)構(gòu)線路簡單。缺點為精度低，不穩(wěn)定。</p><p><b>　　6

16、.激光測厚技術(shù)</b></p><p>　　激光測厚技術(shù)一般用于非透明板材的測量，能夠?qū)崿F(xiàn)不接觸測量而且精度較高。測量原理為：在被測工件的上下兩個表面用兩束準直共線的激光去照射，這是被測工件上就會有兩個光點，被測工件在這一點的厚度就是這兩個光點之間的距離。測量點處的厚度經(jīng)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺缓蠊庑盘枙诠鈱W傳感器的作用下轉(zhuǎn)為電信號，最后經(jīng)過處理計算就能夠得到被測工件的厚度值。</p>

17、<p>　　1.3 超聲波測厚研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　在20世紀30年代，超聲波檢測技術(shù)開始興起。超聲波測厚儀是由四十年代美國GM公司首次推出，現(xiàn)如今已經(jīng)廣泛用于工業(yè)檢測診斷。GM公司的測厚儀工作原理是采用了共振法，但是共振法測厚儀只能測量內(nèi)外面平行的厚度，測量精度小，范圍也小等缺點，沒有成為主流。由于脈沖反射法測量精準，算法簡單，成為了超聲波測厚的主流。脈沖反射法是通過測量超聲波在被測工件

18、中的時間，加上聲速校正，由聲速與厚度的關(guān)系，計算出被測工件的厚度值。在1944年和1946年，美國和英國分別對超脈沖式聲波測厚儀研制成功，并且都能實現(xiàn)對鋼板與鋼管進行厚度測量。由于當時電子技術(shù)與集成電路不成熟，沒有形成標準統(tǒng)一，未能得到推廣。</p><p>　　到了20世紀70年代，由于集成電路的成熟應(yīng)用，使得超聲波測厚系統(tǒng)的能耗大大降低。同時，隨著可充電電池系統(tǒng)的問世，超聲波測厚系統(tǒng)的體積和質(zhì)量可以越做越小，

19、與此同時，測量精度也得到了大幅提升。這個時代的超聲波測厚儀由于信號的高頻特性，無法對動態(tài)波形進行分析。</p><p>　　20世紀80年代以后，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及計算機的出現(xiàn)，使得超聲波測厚儀有可能對動態(tài)波形進行采集與分析。當單片機技術(shù)成熟并廣泛傳播與應(yīng)用之后，相比較于老式的純硬件超聲波測厚儀，使用單片機的超聲波測厚儀可以實現(xiàn)對聲速和厚度進行設(shè)定，測量過程可由按鍵控制。最近，智能化超聲波測厚儀開始出現(xiàn)，

20、由于智能超聲波測厚儀測量精度高，體積小，適合帶到工作現(xiàn)場工作并且能夠適應(yīng)高空或水下燈等工作環(huán)境進行檢測，在工業(yè)無損檢測的領(lǐng)域的到了十分廣泛的推廣與應(yīng)用。</p><p>　　未來，超聲波測厚技術(shù)除了體積小，精度高等優(yōu)點之外，還將會具有多項功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析并能夠判定被測工件的缺陷狀況。</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文將詳

21、述一種基于單片機超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)，介紹其設(shè)計思路及各部分方案選型。因此，研究的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　分析超聲波的傳播特性及超聲波在金屬材料中回波反射情況，構(gòu)建合理的超聲波發(fā)射信號硬件電路，針對本課題的目標，進行算法改進，提高測厚精度；</p><p>　　介紹超聲波測厚儀的厚度測量原理，包括系統(tǒng)的整體框架。對超聲波系統(tǒng)的發(fā)射與接收部分進行介紹，能夠明確各個部分的性能要求

22、以及設(shè)計方案；</p><p>　　完成基于單片機的超聲波汽車鋼板測厚系統(tǒng)的硬件規(guī)劃，并根據(jù)硬件使用C語言進行對應(yīng)的軟件程序的編寫。</p><p>　　第二章 超聲波測厚的基本原理</p><p>　　2.1 超聲波的介紹</p><p>　　2.1.1 超聲波的概念</p><p>　　聲波的傳播形式為物體機械振動

23、狀態(tài)或能量。聲波的頻率在20～20000Hz之間，人耳是能聽聞的。頻率在20～20000Hz以外的聲波，是不能被人耳所感受的。當振動頻率大于20000Hz，人耳聽覺不能感受到的聲波，被稱為超聲波。</p><p>　　2.1.2 超聲波的特點</p><p>　　超聲波的波長與其他聲波的波長相比較短、方向性較好并且能夠穿透不透明的工件。由于這一特性，超聲波可以用于各種測量領(lǐng)域。超聲波在傳播

24、過程中有良好的方向性且具有集中的能量，傳播距離遠且能在多種多樣的介質(zhì)中傳播，并且超聲波在介質(zhì)中傳播時會發(fā)生反射和折射。因此，超聲波測厚原理的關(guān)鍵是超聲波反射、折射。</p><p>　?。?）超聲波的反射和透射特性</p><p>　　當超聲波遇到兩種不同介質(zhì)的相交面時，有一部分聲波會穿透這個相交面繼續(xù)傳播，而剩下的部分將會在相交面處被反射，如圖2-1所示。</p><

25、p>　　圖2-1聲波在平面界面上垂直入射時的反射和透射情況</p><p>　　反射和透射系數(shù)能夠決定著反射與透射的聲強的相對大小。當兩種介質(zhì)很好的耦合時，這種情況下，反射系數(shù)會接近0，透射系數(shù)會接近1。當兩種介質(zhì)耦合的比較差的時候，反射系數(shù)會接近1，透射系數(shù)會接近0。因此為了使透射系數(shù)接近于1，要保證兩種介質(zhì)很好的偶爾，對于固體之間，是非常有必要采用耦合劑的。</p><p>　　

26、（2）超聲波的折射特性</p><p>　　當超聲波遇到兩種不同介質(zhì)，從介質(zhì)1穿過交界面?zhèn)鞑サ浇橘|(zhì)2，由于不同介質(zhì)密度不同，在兩種不同介質(zhì)交界面上，一部分聲波被反射，另一部分聲波會折射過交界面，然后介質(zhì)2內(nèi)繼續(xù)傳播。下圖為超聲波反射與折射情況。</p><p>　　圖2-2 超聲波反射與折射情況</p><p>　　sinα/C1=sinβ/C2</p>

27、;<p>　　在式（2-1）中，C1是入射超聲波在第一種介質(zhì)中的速度，C2時超聲波在第一種介質(zhì)中反射（或折射）的聲速。由圖知，α是入射角，β為反射角。由于超聲波在相同介質(zhì)中，當波形相同時，則聲速相同。從而對于圖2.2中L反的反射角與L的入射角是相同的。在同一種介質(zhì)中，縱波的速度是要大于橫波的速度的，所以，L的入射角是大于S反的反射角的。同樣因為這個原因，L折的折射角是要大于S折的折射角的。 本式也被成為斯涅爾定律—折射定律

28、。</p><p>　?。?）超聲波的衰減特性</p><p>　　在現(xiàn)實應(yīng)用中，伴隨著傳播距離的不斷增大，超聲波在介質(zhì)中傳播的能量會漸漸的減弱，出現(xiàn)這種現(xiàn)象就是衰減。有以下三個主要方面會引起能量的衰減：</p><p>　　1、由聲束擴展引起的衰減</p><p>　　當聲波在介質(zhì)中傳播時，當傳播距離不斷增大時，非平面聲波的聲束也會不斷地擴

29、大。所以聲能在單位距離上會因為距離的增大而變?nèi)?，聲能的這種減弱稱為擴散衰減。當在聲場中原理聲源時，球面波的聲壓反比于至聲源距離，也就是p∝。而對于柱面波來說，則為p∝。平面波的聲波不會隨著傳播距離的增大而減弱，所以平面波沒有擴散衰減。</p><p>　　2、由散射引起的衰減</p><p>　　當實際材料中有雜質(zhì)、不均勻的時候，會導致材料的阻抗不均勻，在這種情況下就會導致聲波的散射。當超

30、聲波發(fā)生散射之后，超聲波會在介質(zhì)中沿著很復雜的路徑傳播，在這個過程中，熱能會慢慢的被轉(zhuǎn)化為熱能。這種衰減就是散射衰減。</p><p>　　3、由介質(zhì)的吸收引起的衰減</p><p>　　由于介質(zhì)具有粘滯性，超聲波在介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點與質(zhì)點間就會產(chǎn)生摩擦，就會使聲能的一部分轉(zhuǎn)化為熱能。并且介質(zhì)的內(nèi)部之間還會因為稠密程度不同會進行熱交換以及分子松散會吸收熱能，這些現(xiàn)象都屬于介質(zhì)吸收。<

31、/p><p>　　綜上可以看出，超聲波在傳播過程中的衰減情況很復雜，如果綜合衰減，設(shè)P0為距離振源X=0處的聲壓振幅，PX為距離振源X的聲壓振幅。</p><p>　　PX=P0·e-αx</p><p>　　其中α為衰減系數(shù)。當介質(zhì)為固體時，散射衰減系數(shù)αs和吸收衰減系數(shù)αa相加就是超聲波能量的衰減系數(shù)α：</p><p><

32、;b>　　α=αs +αa</b></p><p>　　根據(jù)查詢資料的結(jié)果，吸收衰減系數(shù)αa與頻率的關(guān)系為</p><p><b>　　αa=c1f</b></p><p>　　式中：C1是常數(shù)；f為超聲波頻率。</p><p>　　從介質(zhì)的晶粒直徑和波長的關(guān)系來分析散射衰減系數(shù)，有以下三種情況：<

33、;/p><p>　　當d≤λ時，αs=c2Fd3f4（c2為常數(shù)）。</p><p>　　當d≈λ時，αs=c3Fdf2（c3為常數(shù)）。</p><p>　　當d≥λ時，αs=c4F/d （c4為常數(shù)）。</p><p>　　其中，F(xiàn)代表各向異性系數(shù)。</p><p>　　通過以上的公式，我們可以看出超聲波的頻率對超聲波的

34、衰減有很大的影響。一般來說，頻率越高，衰減會越大。正常情況下，晶粒的直徑要比超聲波的波長的數(shù)值小，所以，晶粒直徑越大，衰減越大。對于本設(shè)計來說，要增加超聲波發(fā)射探頭的聲強或選用低頻探頭來穿透車用鋼板。</p><p>　　2.2 超聲波測厚的原理</p><p>　　超聲波檢測的重要應(yīng)用包含超聲波測厚技術(shù)。在本小節(jié)中，將會對超聲波測厚的原理進行研究，而且還會分析超聲波測厚的各種方法。下面開

35、始介紹超聲波常用的測厚技術(shù)。</p><p>　?。?）共振法測厚技術(shù)</p><p>　　共振法測厚技術(shù)使用調(diào)制的正弦波信號激勵壓電晶片，晶片向被測工件發(fā)射頻率連續(xù)變化的超聲波。當被測工件的厚度為半波長的整數(shù)倍的時候，就會在被測工件內(nèi)形成駐波，從而會產(chǎn)生共振。</p><p>　　由試件的厚度d，在試件中傳播的超聲波波長λ，可得共振時：</p>&l

36、t;p>　　上式中，n為任意整數(shù)。當已知被測工件材料的聲速c時，由c=fλ這個公式，就可以計算出發(fā)生厚度共振時的超聲波頻率為：</p><p>　　當n=1時，f的值就是基波頻率。由上面的公式可以推算出，基波頻率就是任意兩個相鄰諧波頻率的差值，即：</p><p>　　由以上的公式可以看出，厚度可以根據(jù)兩個相鄰諧波的頻率的差值求得，即：</p><p>　　由

37、上式，如果知道了fm和fn的值，則fm-fn=(m-n)f1，就可以求出厚度： </p><p>　　只有當被測工件的兩個表面平滑的時候，才能用共振法測量技術(shù)測量。而對于表面不光滑，不均勻的工件則難以用共振法進行測量，因此不用于本設(shè)計。</p><p>　?。?）脈沖反射法測厚技術(shù) </p><p>　　圖2-3 脈沖反射法超聲測厚

38、工作原理圖</p><p>　　本方法是利用脈沖發(fā)射器發(fā)出一個脈沖，然后脈沖傳輸?shù)教筋^上，利用壓電效應(yīng)將脈沖轉(zhuǎn)化成聲波脈沖后，最后射入被測工件中。當已知從發(fā)射超聲波到接受回波信號△t，當我們已知超聲波在介質(zhì)中的傳播速度V，被測工件的厚度值D就能求出。</p><p>　　其中TA、TB分別表示底波A的返回時間與底波B的返回時間。</p><p>　　△T的可以通過以

39、下方式測量：把超聲波從被測工件底面返回的波與從被測工件的界面反射回的波分別記為A、B，則把超聲波B到A所用的時間記為△T。前沿為界面波B，后沿為底面波A，A與B所形成的方波就是閥門脈沖。晶振脈沖可以由產(chǎn)生頻率得知，然后將晶振脈沖與其閥門脈沖相與得到的脈沖計數(shù)器單元計算出△T的值。由于測量過程簡單，可以測量表面不均勻不光滑的工件，因此用于本設(shè)計。</p><p><b>　　2.3 超聲波探頭</b

40、></p><p>　　在超聲波測厚的過程中，超聲波探頭可以實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。超聲波探頭的好壞可以直接影響測量范圍與測量精度。本超聲波測厚系統(tǒng)使用的探頭，是通過材料的壓電效應(yīng)實現(xiàn)電能與聲能之間的轉(zhuǎn)換。在超聲波探頭中，最重要的部件為晶片。晶片是單晶或者多晶體的薄片，它具有壓電效應(yīng)。晶片的功能是實現(xiàn)電能和聲能的互相轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖2-4 超聲波探頭實物圖</p&

41、gt;<p>　　2.3.1 超聲波探頭的組成</p><p>　　本設(shè)計采用的是超聲波直探頭，下面介紹超聲波直探頭的結(jié)構(gòu)以及功能。</p><p>　　圖2-5 超聲波直探頭的結(jié)構(gòu)</p><p>　　本測厚系統(tǒng)采用的是縱波雙晶直探頭。雙晶探頭，這種超聲波探頭具有兩個晶片，其中一個為發(fā)射器，剩下的一個是接收器?？v波雙晶探頭靈敏度高，響應(yīng)迅速。表2-1

42、介紹了雙晶探頭的組成部分與其各自的功能，表2-2為基于單片機的超聲波鋼板測厚系統(tǒng)所采用的超聲波探頭的性能參數(shù)。</p><p>　　表2-1 雙晶探頭的組成和功能</p><p>　　表2-2 超聲波探頭的性能參數(shù)</p><p>　　2.3.2 超聲波探頭的種類和功能</p><p>　　常用的超聲波探頭有很多種類。不同的工件、不同的應(yīng)用環(huán)

43、境，需要與之適應(yīng)的超聲波去探頭，才能得到更準確的測量結(jié)果與更精確的測量精度。</p><p>　　表2-3 超聲波探頭的類別和用途</p><p>　　2.3.3 超聲波探頭的工作原理</p><p>　　壓電效應(yīng)是超聲波發(fā)射和接收超聲波所利用的原理。超聲波探頭具體的工作原理為：壓電晶片上會加上由超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生的交變電壓，有兩塊面積相同的金屬極板在壓電晶片上，當

44、電壓到達兩金屬極板后，二者會分別產(chǎn)生等量的異種電荷，并形成電場，由此產(chǎn)生了電場力。壓電晶片具有良好的壓電效應(yīng)，壓電晶片會在電場力的作用下發(fā)生形變，這種效應(yīng)是逆壓電效應(yīng)，是超聲波探頭發(fā)射超聲波的過程。同樣，壓電效應(yīng)會受到返回的回波信號作用，壓電晶片會在交變的拉與壓的作用力下產(chǎn)生交變電場，這種效應(yīng)是壓電效應(yīng)，是超聲波探頭接收超聲波的過程。</p><p>　　在選用探頭時，一定要滿足測厚系統(tǒng)的測量范圍與測量精度。要求

45、超聲波探頭對超聲波信號受溫度變化的影響以及衰減程度一定要盡可能的小。</p><p>　　超聲波探頭有如下的三個性能指標：</p><p>　?。?）工作頻率。當晶片的共振頻率與加到超聲波探頭兩端的交流電壓的頻率相同時，可以輸出最大能量并且能夠獲得最高的靈敏度。一般用示波器活頻譜儀測定；</p><p>　?。?）工作溫度。當超聲波探頭的工作溫度比較高的時候，就不能

46、夠長時間穩(wěn)定工作，并且有可能失效；</p><p>　?。?）靈敏度。超聲波探頭晶片的本身制造決定了探頭的靈敏度。機電耦合系數(shù)越大，其靈敏度也會越高。超聲波測厚儀與探頭的匹配程度的好壞也會影響靈敏度。</p><p>　　2.4 超聲波耦合劑的選擇</p><p>　　當超聲波測厚探頭直接與被測工件接觸時，就會有一層空氣薄層在超聲波探頭與工件之間。這層空氣薄層將會引

47、起對超聲波信號造成十分大的干擾，并且會導致超聲波信號的衰減，嚴重影響測厚的精度。因此，就需要一種物質(zhì)去消除這層空氣薄層，于是就有了超聲波耦合劑。當在被測工件表面涂上超聲波測厚專用耦合劑之后，這層空氣層就會被排擠掉。這樣，超聲波探頭就可以正常發(fā)射和接收通過被測工件的超聲波。耦合劑是測量過程必需的，在實際應(yīng)用之中，我們會用耦合劑排擠掉探頭與超聲波之間的空氣層。下圖就是超聲波測厚專用的耦合劑。</p><p>　　圖2

48、-6超聲波測厚專用耦合劑</p><p>　　耦合劑是測量過程中不可缺少的部分，它是實現(xiàn)聲能從探頭向被測工件傳遞的重要介質(zhì)。我們要求耦合劑要有良好的浸潤性，并且能夠很好的附著在被測工件的表面。為了能夠保證聲能損耗較少，要求超聲波測厚的專用耦合劑阻抗性能要好，大概要與被測工件相近。同時，對于超聲波測厚專用耦合劑，要求其價格要低、清洗要簡單容易并且無毒無害，不會腐蝕工件。我們常用的耦合劑有膠水、機油、自來水等等，常用

49、的耦合劑的參數(shù)如下圖所示。</p><p>　　表2-4 常見耦合劑的參數(shù)</p><p>　　2.5超聲波測厚系統(tǒng)的性能設(shè)計</p><p>　　本測厚系統(tǒng)采用的是單片機控制的便攜式測量裝置。本測厚系統(tǒng)構(gòu)造簡單，易于操作，成本較小。</p><p>　　2.5.1基本性能參數(shù)設(shè)計</p><p>　　其基本的性能參數(shù)

50、如下：</p><p>　　1）顯示最小單位：0.01mm；</p><p>　　2）工作頻率：5MHZ；</p><p>　　3）測量范圍：0.12mm-120.00mm；</p><p>　　4）使用誤差：±（1％T+0.1）mm，其中T為被測物的實際厚度；</p><p>　　5）電源：USB外部供電。

51、</p><p>　　2.5.2 基本功能設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)可以實現(xiàn)下列功能：</p><p>　　1）超聲波接收探頭能夠?qū)崟r的接收有用的回波信號，實現(xiàn)對車用鋼板厚度的測量；</p><p>　　2）能夠顯示實時厚度值；</p><p>　　3）能夠顯示實時溫度值；</p><p>

52、;　　4）能夠存儲之前測量的兩組厚度值。</p><p><b>　　2.6小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了超聲波的性質(zhì)和其主要的應(yīng)用，概述了超聲波探頭與耦合劑，詳細介紹了超聲波測厚度的方法，給出了本測厚系統(tǒng)的總體設(shè)計。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對汽車鋼板厚度的測量并且能夠儲存兩組測量值。</p><p>　　第三章 車用鋼板測厚系統(tǒng)的硬件設(shè)計

53、</p><p>　　對于基于單片機的超聲波車用鋼板測厚系統(tǒng)的硬件部分，核心部分是單片機微處理器。單片機功能十分強大，負責管理控制整個系統(tǒng)的工作。本測厚系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是超聲波發(fā)射電路和接收電路。在系統(tǒng)運行的過程中，超聲波回波的微弱信號要經(jīng)過一定的放大并且能夠抵抗外界的干擾。超聲波測厚能夠得以實現(xiàn)需要計數(shù)器電路。本系統(tǒng)的輸出終端為液晶顯示模塊。電源系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供運行的動力來源。</p><p

54、>　　3.1 硬件電路的總體設(shè)計</p><p>　　在上一章的性能要求和功能設(shè)計的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計包含了如下模塊：電源模塊、單片機模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、計數(shù)器模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、溫度補償模塊。下圖為超聲波測厚系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3-1 結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　厚度測量過程：首先，接通鍵盤電路，在

55、單片機的控制下，發(fā)射電路會產(chǎn)生高壓脈沖信號，從而讓探頭能夠發(fā)射超聲波。此時，開始清零計數(shù)器，在單片機的控制下，建立閥門脈沖的前沿。當超聲波到達工件底部時，會返回，并且返回的聲波信號會被探頭接收，接收電路會對聲波信號進行放大、中周選頻，通過74HC211芯片建立閥門脈沖，記發(fā)射脈沖為脈沖的前沿，接收到的回波脈沖為閥門脈沖的后沿，則閥門脈沖為超聲波在被測工件內(nèi)入射和反射所使用的時間。計數(shù)器電路會將25MHZ的晶振脈沖與這閥門脈沖相與進行計數(shù)

56、。計數(shù)器將會在超聲波傳播的時間內(nèi)，對振蕩脈沖的個數(shù)進行計算，然后就可以得到測量工件所花費的時間，然后將時間值傳輸?shù)絾纹瑱C進行計算。最后，計算的厚度值的結(jié)果通過液晶顯示電路顯示。</p><p>　　3.2 單片機控制模塊</p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，單片機將CPU、RAM、ROM、I/O口、定時器、計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等通過集成電路的技術(shù)集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成了一個微型

57、的計算機系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可以用來生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。</p><p>　　3.2.1 89C52單片機</p><p>　　STC89C52系列單片機是STC推出的新一代單片機，具有高速、低功耗以及抗干擾的特點。STC89C52單片機具有以下的工作特性：</p><p>　　1）對傳統(tǒng)8051系統(tǒng)的指令代碼全部兼容，可選擇每機器周期12時鐘，也可以選

58、擇每機器周期6時鐘；</p><p>　　2）工作電壓：5.5-3.3V；</p><p>　　3）工作頻率：工作頻率的范圍可達0-40MHz，在實際使用過程中，工作頻率可以達到48MHZ；</p><p>　　4)用戶應(yīng)用程序空間：4K/8K/13K/32K/64K字節(jié)；</p><p>　　5）片上集成128字節(jié)或512字節(jié)RAM；<

59、;/p><p>　　6）有35個輸入端口，59個輸出端；</p><p>　　7）不需要專用的編程器和仿真器，就可以對系統(tǒng)和應(yīng)用進行編程?？梢栽诙虝r間內(nèi)通過串口對應(yīng)用程序直接下載；</p><p>　　8）有EEPROM功能；</p><p><b>　　9）看門狗；</b></p><p>　　10

60、）定時器/計數(shù)器共有3個，其中可以用來作為2個8位定時器使用的是定時器0；</p><p>　　11）有4路的外部中斷，中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)或者是低電平觸發(fā)；</p><p>　　12）具有通用的異步串行口；</p><p>　　13)工作溫度范圍：-40~+85°C。</p><p>　　STC89C52系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框

61、圖如下圖所示。CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊都是屬于STC89C52單片機的。</p><p>　　圖3-2 STC89C52系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用的STC89C52單片機是本套測厚系統(tǒng)的核心。它既連接著發(fā)射接收電路，控制超聲波的發(fā)射和回收信號的接收與調(diào)制。又控制著計數(shù)器電路，使計數(shù)器模塊能夠讀出有效的脈

62、沖。STC89C52單片機還與顯示模塊相連，使測量值能在LCD顯示屏顯示出來。另外單片機還與時鐘信號相連，記錄系統(tǒng)的采集時間。下圖是STC89C52單片機的接口電路圖。</p><p>　　圖3-3 STC89C52單片機接口電路圖</p><p>　　3.2.2 串口通信電路</p><p>　　本系統(tǒng)使用MAX232芯片實現(xiàn)RS-232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換。M

63、AX232芯片的生產(chǎn)公司為MAXIM,有一個電源電壓變換器在芯片內(nèi)部，同時，驅(qū)動器IC芯片和兩路接收器都是MAX232的組成部分。通過內(nèi)部的電源電壓變換器，可以把輸入的5V電壓變成10V電壓以供RS232使用。因此，在RS232的使用過程中僅僅需要一個5V電源就可以。</p><p>　　圖3-4 MAX232引腳結(jié)構(gòu)與外圍電路圖</p><p>　　其中，右圖中，上半部分為電源轉(zhuǎn)換部分，

64、包括C1-4和V+、V- 。</p><p>　　右圖中，下半部分包含了兩個部分，一個是接收部分，另一個是發(fā)送部分。STC89C52單片機的串行發(fā)送端TXD可以直接接到MAX332的T1IN或者T2IN，串行接收端RXD可以直接接到MAX332的R1OUT或R2OUT.同時，RS232串口的發(fā)送端可以直接接到MAX332的T1IN或者T2IN，接收端可以直接接到MAX332的T1IN或者T2IN。</p&g

65、t;<p>　　在MAX232芯片的連接過程中，一定要將發(fā)送、接收的引腳對應(yīng)。如果引腳不對應(yīng)，將會對芯片造成損害。</p><p>　　3.2.3 時鐘電路</p><p>　　本系統(tǒng)的時鐘電路選用了DS1302芯片，該芯片是由DALLAS公司推出的。DS1302芯片可以與單片機進行通信，是通過簡單的串行接口。在DS1302的內(nèi)部，有31字節(jié)的靜態(tài)RAM和一個實時時鐘電路?？?/p>

66、以實現(xiàn)每月天數(shù)和閏年的自動調(diào)整，同時能夠提供從年到秒的信息，十分詳細。時鐘的操作上可以由AM/PM的指示，然后選用12/24的小時格式。我們將用RES復位、I/O數(shù)據(jù)線/SCLK串行時鐘這三個接口與單片機進行簡單的通信。</p><p>　　DS1302芯片被廣泛用于便攜式儀器，其主要擁有以下特性：</p><p>　　DS1302能夠計算2100年以前的年、月、日、時、分、秒，而且能夠?qū)?/p>

67、閏年進行調(diào)整；</p><p>　　擁有8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM；</p><p>　　DS1302管腳數(shù)量最少；</p><p>　　其工作電壓在2.0-5.5V之間；</p><p>　　在2.0V的工作電壓下，電流小于300nA；</p><p>　　有單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組兩種方式可以再讀或?qū)憰r鐘或RAM數(shù)

68、據(jù)時鐘時使用；</p><p>　　具有簡單的3線接口；</p><p>　　擁有8腳的DIP封裝或SOIC封裝；</p><p>　　其工作溫度范圍在-40-+85℃之間；</p><p>　　其電源為5V，與TTL兼容；</p><p><b>　　擁有雙電源管。</b></p>

69、<p>　　下圖3-5為DS1302管腳圖：</p><p>　　圖3-5 DS1302管腳圖</p><p>　　1) VCC1為備用電源；</p><p>　　2) VCC2為主用電源引腳；</p><p>　　3)GND為接地；</p><p>　　4)RST為復位引腳；</p>

70、<p>　　5)I/O為串行數(shù)據(jù)引腳；</p><p>　　6)SCLK為串行時鐘引腳；</p><p>　　7) X1、X2為DS1302的外部晶振引腳。</p><p>　　3.3 超聲波發(fā)射模塊</p><p>　　超聲波發(fā)射電路的發(fā)射信號的好壞，會直接影響測厚系統(tǒng)回波信號的質(zhì)量。我們應(yīng)該選取性能好的傳感器并且設(shè)計出

71、好的發(fā)射電路。其中，超聲波探頭的壓電晶片的性能決定著超聲波的發(fā)射頻率。</p><p>　　在本測厚系統(tǒng)中，超聲波的產(chǎn)生方式為：自激蕩電路有施密特觸發(fā)器構(gòu)成，然后產(chǎn)生了超聲波。其中一款高速的CMOS器件74HC14是施密特反相器的組成部分。它有下列幾種用途：可以用來對輸入型號的波形進行整形，能夠?qū)崿F(xiàn)6路信號的反向輸出；還能夠成為非穩(wěn)態(tài)或者單穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器。</p><p>　　在本系統(tǒng)中

72、，設(shè)計方案是通過RC積分電路將輸入端與74HC14芯片的反向輸出端相連接，構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器。接通電源之后，74HC14的6腳反向輸出端為高電平，因為電容的起始電壓為0。同時，向電容C201開始充電，通過電位器VR101和電阻R201。當輸入電壓V1等于VT+時，這時開始低電平輸出，在這個時候電容開始放電，經(jīng)過電阻R201。當放電至V1等于VT-的時候，又會開始高電平輸出，然后對電容C重新開始充電。電路會一直這樣反復，會不停地進行充放

73、電，一直在振蕩。我們調(diào)節(jié)振蕩周期是通過調(diào)節(jié)電阻VR101的電阻的大小實現(xiàn)的。方波脈沖通過自激振蕩產(chǎn)生之后，脈沖會在74HC14的作用下被反向放大，然后從輸出端輸出。下圖為超聲波發(fā)射電路。</p><p>　　圖3-6超聲波發(fā)射電路圖</p><p>　　上圖中，VN2406是一個NMOS管，其中，電阻R202有加速MOS關(guān)斷的作用。VDD1會接入一個低電壓，形成一個低電勢。電流在電感L20

74、1中會伴隨著輸入電壓的不斷增大，L201一直在儲能，最終會形成交變電流。在這里MOS管會起到一個開關(guān)管的作用，在右側(cè)輸出端會得到與輸入端頻率一樣的波形。二極管是具有單向?qū)щ娦裕ㄟ^這一特性，我們可以使用二極管將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉较騿我坏闹绷麟姟?NCOS管的導通和閉合是通過單片機控制發(fā)射電路，控制是通過74HC14的反向。脈沖通過控制信號進行控制，然后高電壓的脈沖信號就會傳輸?shù)匠暡ㄌ筋^，從而通過超聲波測厚的探頭來發(fā)出超聲波。</p&

75、gt;<p>　　3.4 超聲波接收模塊</p><p>　　超聲波的回波信號會在測量距離特別大的時候會變的很小很小，所以超聲波轉(zhuǎn)換過來的電信號的幅度在電路中也很小，因此需要對信號進行放大處理。而且要處理掉回波信號中的無用的波形信號，處理完之后的波形會形成一個閥門脈沖，會用一個25M的晶振進行調(diào)制，然后脈沖會被傳輸?shù)接嫈?shù)器內(nèi)，緊接著進行計數(shù)處理，最后得出測量厚度所用的時間。超聲波接收模塊由超聲波信號

76、放大電路、計數(shù)器模塊、中周選頻電路構(gòu)成。</p><p>　　3.4.1 回波信號放大電路</p><p>　　在本系統(tǒng)中，回波信號會經(jīng)過三極管三級放大。下圖為多級放大器的組成圖。</p><p>　　圖3-7 多級放大器的組成框圖</p><p>　　輸入級與中間級的功用是對電壓進行放大，輸出級的功用是放大功率，以此實現(xiàn)放大，推動負載工作。

77、</p><p>　　在本系統(tǒng)中，由于只能接受到十分小的回波信號，所以要對信號進行放大。在圖3-8中，電阻R302和電位器VR301可以對電壓進行調(diào)節(jié)，能夠?qū)θ龢O管C301提供一個1.5V的窄波信號。三極管Q301、Q302、Q303組成的三級放大器將會對回波信號與1.5V信號疊加后的信號進行放大，本設(shè)計采用阻容耦合的方式實現(xiàn)三級放大。變壓器T301的工作是通過Q304來控制的。</p><p

78、>　　圖3-8 超聲波回波信號放大電路</p><p>　　3.4.2 中周調(diào)頻電路</p><p>　　中周調(diào)頻電路的組成部分包括：底座、支架、磁心、線圈、磁冒和金屬屏蔽罩。在本系統(tǒng)中，中周調(diào)頻是當電路調(diào)諧與回波信號的頻率相同時，可以實現(xiàn)對回波信號的放大程度的最大化，而且能夠?qū)ζ渌念l率進行抑制。圖3-9為中周調(diào)頻電路。</p><p>　　圖3-9 中周調(diào)

79、頻電路</p><p>　　在圖3-9中，中周變壓器為T301，電感線圈在其左側(cè)，電感與電容C305以并聯(lián)的方式連接，組成了并聯(lián)諧振電路。選用中周電路有利于提高接收的靈敏度，減少各種干擾。在對被測工件測量時，需要對中周進行精確的調(diào)試，可以實現(xiàn)回波頻率和其頻率是一樣的，以此來實現(xiàn)精確的測量。</p><p>　　3.4.3 計數(shù)器模塊</p><p>　　在本系統(tǒng)運行

80、時，只要檢測到被測工件的存在，接收電路就會同時輸出一個信號，然后計數(shù)器就會開始計數(shù)。在本設(shè)計中，采用的是74HC393計數(shù)器，為8位計數(shù)器，可以通過計數(shù)上限可以計算出能夠測量的厚度值為：</p><p>　　上式中5900是20℃時超聲波在鋼材中的傳播速度，25M晶振產(chǎn)生一個脈沖的時間寬度為1/（25*103）。由于設(shè)計之初的測量上限為120mm，而74HC393不能滿足這個測量上限。后來通過將74HC393的最

81、高輸出端接到STC89C52單片機的P5和P6折兩個管腳，然后設(shè)置P5為上升沿，P6為下降沿。上升沿觸發(fā)的條件是，讀到脈沖個數(shù)從127到128變化。下降沿中斷觸發(fā)的條件是，讀到脈沖個數(shù)從255到0變化。記錄中斷的次數(shù)，通過這樣的方式，可以測得的厚度為： </p><p>　　上式中，上升沿中斷的觸發(fā)個數(shù)為a，下降沿中斷的觸發(fā)個數(shù)為b，74HC393脈沖的計數(shù)為c。本系統(tǒng)選用的超聲波探頭的測量范圍是1.2-225m

82、m，因此需要對變量a和b進行0-9的整數(shù)的設(shè)置。同時，c≤127，可以求得可測量的最大厚度值為：</p><p>　　3.4.4 超聲波測厚系統(tǒng)的測量范圍</p><p>　　由3.4.3可以得出，本汽車鋼板測厚系統(tǒng)在20℃時可以對鋼材實現(xiàn)的測量的最大厚度為286.858mm。</p><p>　　計數(shù)器通過一個脈沖時的值就是本系統(tǒng)可以測得的最小值：</p&g

83、t;<p>　　式中，0.04us是一個脈沖的時間寬度，5.9mm/us是聲音在20℃時，在鋼材中的傳輸速度。</p><p>　　所以，本基于單片機的超聲波汽車鋼板測厚系統(tǒng)的測量范圍是0.12到286.85mm。由于探頭的測量范圍是1.2mm-225mm，從而實際可實現(xiàn)的量程為1.2mm-225mm，符合了設(shè)計的要求。</p><p><b>　　3.5 顯示模塊

84、</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是1602的液晶顯示屏，1602代表著每行可以顯示16個字符，一共可以顯示兩行。下圖為1602的引腳功能數(shù)據(jù)表。</p><p>　　表3-2 1602引腳功能數(shù)據(jù)表</p><p>　　下圖為1602的開發(fā)板電路圖：</p><p>　　圖3-10 1602電路圖</p>

85、<p>　　1602的使用注意事項：</p><p>　　1.LCD1602是以ASCLL碼對寫進去的數(shù)據(jù)字節(jié)進行識別，因此，要以ASCLL碼對顯示的字符進行編寫；</p><p>　　2.在操作LCD1602之前要進行初始化； </p><p>　　3.LCD1602可以對字符進行自定義；</p><p>　　4.調(diào)用顯示數(shù)據(jù)可以

86、通過調(diào)用字符數(shù)組的形式。</p><p><b>　　3.6 獨立按鍵</b></p><p>　　本設(shè)計采用了4個獨立按鍵，分別接在了單片機的P3.0到P3.4口。下圖為開發(fā)板獨立按鍵電路圖：</p><p>　　圖3-11 獨立鍵盤電路圖</p><p>　　機械按鍵之所以能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)的作用，是利用了機械的接觸。在機

87、械接觸時，會經(jīng)過由接觸不穩(wěn)定到正在穩(wěn)定，最后才能夠徹底穩(wěn)定。這樣就會產(chǎn)生按鍵抖動，我們采用了軟件延時的方法去抖動，過程如下：</p><p>　　1. 首先對IO口進行高電平設(shè)置；</p><p>　　2.然后確認按鍵時候按下；</p><p>　　3.當有低電平的IO口時，設(shè)置延時；</p><p>　　4. 再次讀取是否有低電平的IO

88、口，如果有，說明對應(yīng)按鍵按下；</p><p>　　5.最后對按鍵的程序進行執(zhí)行。</p><p><b>　　3.7 溫度補償</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為DS18B20，此溫度傳感器的測量范圍在-55～+125℃。DS18B20各個引腳的功能如下：接地GND；單數(shù)據(jù)總線DQ；電源電壓VDD；空引腳NC。</p

89、><p>　　在本系統(tǒng)中，DQ與STC89C52單片機P10引腳相連接。</p><p>　　由于溫度會對聲速造成影響，所以本系統(tǒng)中會對聲速進行一個修正。在20攝氏度時，聲音在鋼材中的傳播速度為5900m/s。溫度每升高1度，速度就增加0.607m/s。設(shè)實際溫度為t，則在鋼材中聲速為：</p><p>　　在最終計算過程中，會對聲速進行修正，從而得到一個更加精確的厚度

90、測量值。</p><p>　　圖3-12 DS18B20管腳圖</p><p><b>　　3.8 電源模塊</b></p><p>　　電源是整個系統(tǒng)的動力來源，是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在本汽車鋼板測厚系統(tǒng)中，采用了USB供電的方式。由于USB總線供電電壓是5V,而系統(tǒng)中使用的電壓為3.3V,這時就會需要一個電平轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中采用了LT1763-

91、3.3穩(wěn)壓芯片，其輸入電壓可以為1.8-20V，輸出為3.3V。下圖為具體應(yīng)用電路圖。</p><p>　　圖3-13 3.3V電源電路圖</p><p><b>　　3.9 實物運行圖</b></p><p>　　圖3-14 實物運行圖</p><p>　　其中，第一幅圖為正常測量過程，顯示屏左上角顯示實時溫度，第二

92、行顯示當前測得的厚度值。第二幅圖為保存了測量值的情況，其中顯示屏第一行左半部分顯示溫度，右半部分顯示保存的測量值，第二行為實時測量的厚度值。</p><p>　　本人在做本畢業(yè)設(shè)計的過程中，遇到了一些困難，有些到現(xiàn)在仍未解決，至今并沒有完成超聲波測厚模塊硬件的制作。于是，在硬件上，我對超聲波測厚模塊進行了模擬，采用電位計模擬測量值。在后續(xù)的工作中，還要繼續(xù)學習，繼續(xù)研究，將測厚模塊硬件部分完成，從而構(gòu)成一個完整的

93、基于單片機的車用鋼板測厚系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.10 小結(jié)</b></p><p>　　本章對基于單片機的超聲波汽車鋼板測厚系統(tǒng)進行了硬件部分設(shè)計的介紹。詳細介紹了STC89C52單片機的功能，以及各組成硬件部分的功能原理。通過本章，可以明確實現(xiàn)測厚系統(tǒng)的整體構(gòu)造，實現(xiàn)對汽車鋼板的厚度測量。本系統(tǒng)在市場現(xiàn)有的技術(shù)上，加入了溫度補償模塊，可以實現(xiàn)對鋼板厚

94、度的進一步精確測量。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對汽車鋼板厚度的測量，并且能夠顯示當前溫度，能夠根據(jù)溫度自動修正聲音傳播速度，可以儲存兩組測量值。</p><p>　　第四章 汽車鋼板測厚系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　在第三章中，詳細的對測厚系統(tǒng)的硬件部分進行了介紹。當我們有了一個完整的硬件體系，就需要軟件去支持，實現(xiàn)我們設(shè)計的功能。</p><p>　　由于C語言具有很高

95、的編程效率而且代碼具有可維護性、可移植性，所以本系統(tǒng)的軟件是使用C語言來編寫的。本系統(tǒng)的軟件部分由主程序、計數(shù)器單元、顯示單元和按鍵單元的軟件構(gòu)成。</p><p>　　4.1主程序軟件設(shè)計</p><p>　　當打開汽車鋼板測厚系統(tǒng)后，首先系統(tǒng)會進行初始化。系統(tǒng)將會在按下測量鍵后，提前在脈沖發(fā)射前3.75us進行清零計數(shù)器。然后會提前2.4ms啟動晶振，用來調(diào)試實驗。系統(tǒng)會提前20us建

96、立VDD2，用來產(chǎn)生250us寬、20MHZ的脈沖信號，從而使三極管導通產(chǎn)生超聲波。</p><p>　　當汽車鋼板測厚系統(tǒng)初始化完成之后，89C52單片機會發(fā)出信號用來發(fā)射超聲波，超聲波到達被測工件地面后會返回，然后系統(tǒng)會判斷是否有回波信號?；夭ㄐ盘栐诮邮罩螅瑫?jīng)過放大信號、中周選頻之后會形成一個厚度方波。在本系統(tǒng)中，用方波的前沿去表示超聲波發(fā)射的時間，超聲波被探頭接收的時間用方波的下降沿表示。將25MHZ的

97、晶振與厚度方波相與，然后把處理后的信號送到計數(shù)器部分開始計數(shù)。此時，計數(shù)器會不停地去判斷計數(shù)有沒有結(jié)束。計數(shù)完成以后，計數(shù)的結(jié)果會通過總線傳遞給單片機部分，然后進行厚度計算，最后通過顯示屏顯示厚度。下面是系統(tǒng)初始化的流程圖和主程序流程圖。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)初始化的流程圖</p><p>　　圖4-2 主程序軟件流程圖</p><p><b&g

98、t;　　4.2計數(shù)器單元</b></p><p>　　計數(shù)器工作過程：74HC393芯片對處理后的信號進行計數(shù)，本系統(tǒng)根據(jù)脈沖個數(shù)判斷是夠觸發(fā)中斷。當脈沖的個數(shù)比127大時，上升沿就會觸發(fā)中斷，然后在上升沿的中斷計數(shù)加1，計數(shù)器會清零并且繼續(xù)計數(shù)。當脈沖個數(shù)比255大時，下降沿就會觸發(fā)中斷，下降沿中斷計數(shù)加1，計數(shù)器會清零并且繼續(xù)計數(shù)。當脈沖個數(shù)大于256+127時，上升沿中斷觸發(fā)，上升沿中斷觸發(fā)，上

99、升沿中斷計數(shù)加1，計數(shù)清零。以此類推，直到計數(shù)結(jié)束。計數(shù)器單元的軟件流程圖如下。</p><p>　　圖4-3 計數(shù)器軟件流程圖</p><p><b>　　4.3 鍵盤單元</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是STC89C52的獨立鍵盤，只要單片機有空閑，就會在空閑時就會掃面鍵盤的輸入口。一開始單片機會確定按鍵的位置，然后會儲存當前測量

100、得到的厚度值。下圖為鍵盤掃描流程圖。</p><p>　　圖4-4 鍵盤掃描程序流程圖</p><p>　　4.4 溫度補償單元</p><p>　　由于溫度會對聲速造成部分影響，所以要對聲速進行校正。在20攝氏度時，聲音在鋼材中的傳播速度為5900m/s。溫度每升高1度，速度就增加0.607m/s。下圖為溫度補償軟件流程圖。</p><p>

101、;　　圖4-5 溫度補償程序流程圖</p><p><b>　　4.5 軟件主程序</b></p><p>　　#include"reg52.h"</p><p>　　#include"XPT2046.h"</p><p>　　#include<lcd1602.h>&l

102、t;/p><p>　　#include <beep.h></p><p>　　#include<DS18B20.h></p><p>　　extern temp_value;</p><p>　　//--定義使用的IO--//</p><p>　　sbit key1=P3^0;</p>

103、<p>　　sbit key2=P3^1;</p><p>　　sbit key3=P3^2;</p><p>　　sbit key4=P3^3; </p><p>　　long int a1,b1;</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</

104、b></p><p>　　long int temp;</p><p>　　uint count;</p><p>　　InitLcd();</p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p><b>　　beep(1);</b></p>

105、<p>　　Init_DS18B20( ); </p><p>　　ReadTemp();</p><p>　　lcd_pos(0x40);</p><p>　　LCD_DisStr("HouDu:") ;</p><p><b>　　while(1)</b></p>&l

106、t;p><b>　　{</b></p><p>　　ReadTemp();</p><p><b>　　count++;</b></p><p>　　lcd_pos(0x00);</p><p>　　LCD_DisStr("T:") ;xianshi_T(temp_val

107、ue); WriteData(0xdf);WriteData(0x43);</p><p>　　if(count==5)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0; </b></p><p>　　temp = Read_AD_Data(0x94)*(temp

108、_value-20);// AIN0 電位器</p><p>　　lcd_pos(0x46);</p><p>　　xianshi_three(temp);</p><p>　　LCD_DisStr("mm") ;</p><p>　　if(key1==0)</p><p><b&

109、gt;　　{ </b></p><p>　　delay_ms(1);</p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　a1=temp ;</b></p><p>　　lcd_pos(0x09)

110、;</p><p>　　LCD_DisStr("S") ;</p><p>　　delay_ms(400);</p><p>　　lcd_pos(0x09);</p><p>　　LCD_DisStr(" ") ;</p><p><b>　　}</b>

111、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key2==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay_ms(1);</p><p>　　if(key2==0)</p><p><b

112、>　　{ </b></p><p>　　lcd_pos(0x09);</p><p>　　xianshi_three(a1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key3==0)<

113、;/p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay_ms(1);</p><p>　　if(key3==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　b1=temp ;</b></p>

114、;<p>　　lcd_pos(0x09);</p><p>　　LCD_DisStr("S") ;</p><p>　　delay_ms(400);</p><p>　　lcd_pos(0x09);</p><p>　　LCD_DisStr(" ") ;</p><

115、p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key4==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay_ms(1);</p><p>　　if(key4==0