超声波明渠流量计的设计毕业论文.doc

超声波明渠流量计的设计毕业论文 目录 摘要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1 国内外背景 1 1.2选题依据及研究意义 2 1.3本设计的主要工作 3 1.3.1 设计要求 3 1.3.2本设计的主要工作 3 2超声波明渠流量计技术概述 4 2.1超声波的基本性质 4 2.2 超声波传感器的原理及应用 5 2.3 流量测量 7 2.3.1 流量的定义 7 2.3.2 流量测量方法 8 2.4 明渠流量测量 9 2.4.1明渠的定义 9 2.4.2明渠流量计类型 10 2.5 超声波明渠流量测量原理 12 3 系统的硬件设计 13 3.1 系统硬件总体框图 13 3.2 超声波发射电路 13 3.3 超声波接收电路 14 3.4 温度传感器 18 3.4.1 DS18B20简介 18 3.4.2 温度补偿 18 3.5 显示电路 19 4 软件设计 23 4.1超声波明渠流量计的软件规划 23 4.2 W77E58单片机 24 4.3 DS18B20的接口程序设计 25 4.4显示程序设计 25 4.4.1 MAX7219的初始化 26 4.4.2 字写MAX7219程序 26 4.4.3 显示子程序 26 4.5 距离计算及其程序实现 26 4.5.1 距离计算 26 4.5.2 数制转换程序 27 4.6主程序设计 27 总结与展望 31 致谢 32 参考文献 33 附录A（程序） 34 1 绪论 1.1 国内外背景 我国开展近代流量测量技术方面的工作较晚，早期所需流量计均从国外进口，直到20世纪30年代中期才出现光华精密机械厂所制造的家用水表，20世纪50年代初有了新成仪表厂所开发的文丘里管差压流量计。20世纪60年代开始有了涡轮流量计和电磁流量计等本国产品。现在已形成一个相当规模从事流量测量技术和仪表研究开发和生产的产业。从事流量仪表研究和生产的单位超过230家，向中国仪器仪表协会流量仪表专业协会注册登记的单位也有50余家，它们均是有相当规模或有一定特色的企业。我国1990年流量仪表产量（不包括家用燃气表和家用水表）估计超过25万台。 流量计在国外的发展较快，几个工业发达国家均有相当数量的流量仪表生产厂家，有专业生产多品种的流量仪表的综合大型企业，也有专业生产品种单一性能独特的流量仪表小型企业，数量上以后者居多。目前美国有200余家，英国、德国和日本也均有50家以上，我国有250家以上。 解决不同条件下各种不同被测介质的流量测量，至今已经发展了种类繁多的流量仪表，一般可分为如下10大类：①差压式流量计；②浮子式流量计；③容积式流量计；④叶（涡）轮式流量计；⑤电磁流量计；⑥流体振荡式（包括涡街式）流量计；⑦超声流量计；⑧热式流量计；⑨科里奥利质量流量计；⑩明渠流量计。近年来，随着时代的发展，传统流量测量仪表如差压式、浮子式、容积式流量计在市场上所占据的份额已经呈现下降趋势，而新颖的流量计如电磁式、涡轮式、超声波式流量测量仪所占比重正逐年增加。 超声波流量计是20世纪70年代随着IC（集成电路）技术迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表，相对于传统的流量计而言，它具有下列主要特点： （1）解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠测量困难的问题。因为一般流量计随着管径的增加会带来制造和运输上的困难，不少流量计只适用于圆形管道，而且造价提高，能耗加大，安装不便，这些问题，超声波流量计都可以避免，这样就提高了流量测量仪表的性能价格比。 （2）对介质几乎无要求。超声波流量计不仅可以测量液体、气体，甚至对双相介质（主要是应用多普勒法）的流体流量也可以测量，由于可制成非接触式的测量仪表，所以不破坏流体的流场，没有压力损失，并且可以解决其它类型流量计难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性的流量问题。 （3）超声波流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响。 （4）超声波流量计的测量范围度宽，一般可达到20：1。1.2选题依据及研究意义 [1]。超声波流量计是20世纪70年代随着IC技术迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表。 近几年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为流量测量工作的首选工具[2]。目前应用较多的超声波流量计测量方法主要有时差法、多普勒效应法、相关法、噪声法、波束偏移法等，其中时差法应用最为普遍。超声波流量计的时差测量法是基于超声波在具有流速的媒质里传播时，其传播时间(速率)会随着媒质流速的变化而变化的原理来实现媒质流速测量的方法[3]。 时差法的关键是对于时间测量的高精度，近几年来，随着集成电路的高速