基于MSP430单片机的超声波厚度检测系统设计

５ ０
内 蒙 古 石 油 化 工
２ ０ １ ３年第 １ ５期
助模 块 。其系统 框 图如 图 ２所 示 。 通过超 声波 探头 接触 被测 钢板表 面 后发射 高频 率 的超 声波 信 号 ， 经 过 被 测 钢板 反 射 后再 由超声 波 探头 接收 。 因为信 号在 传播 过程 中信 号会 衰减 ， 所以 需 通过 放大 电路 对 信 号放 大并 对信 号 进 行 滤波 ， 放 大 和滤 波后 的信 号 通 过解 调 后 整形 ， 再 经 比较 电路 将 定 时中断信 号送 入 单 片机 ＿ ７ ］ 。通过 温度 传感 器 Ｄ Ｓ １ ８ Ｃ ２ ０进行 环境 温度 采 集 对超 声 波 速进 行校 正 ， 测出１ ０ 次 的厚度 并计 算其 平 均值 ， 最后 由单片机 控
２ ． ２ 超 声 波发 生 电 路
圈 ５ 超 声 波 接 收模 块 原 理 圈
２ ． ４ 温度 补偿 电路
由于超 声波 的声速 与温 度有 很 大 的关 系 ， 因此 在 系统设 计 时要求 对温 度进 行补偿 。温 度检测 电路 用 来 实 时测 量周 围 环境 的温 度 ， 补 偿 传播 速 度变 化
冲串。 从 单片 机 的Ｐ ＢＯ口输 出的 ４ ０ Ｋ赫 兹的脉 冲信 号， 电压 很 低 ， 而且 功 率很 低 ， 并 不 能直 接驱 动超 声 波 探头 发射 超声 波 ， 因此 需要 加 一个 功 率放 大 电路 将 脉冲信 号功率 放 大 ， 然后 送 至超声波 探头 ， 驱动其 发 出频率 相 同的超声 波 。 又 因为 ， 超声 波探头 的驱动 信 号最 好为 正 弦波 ， 因此 超 声波 发 射 电路 的主 要作 用是 将功 率很低 的 脉冲信 号变 送为功 率高 的正弦波 信号 。图为发射 电路 。Ｐ Ｌ ＵＳ为单 片机 出来脉 冲信 号 。ＲＥ ＣＩ ＶＥ接超 声波 探头 。 当Ｐ Ｌ ＵＳ端停 止发射 脉冲， 此 时超声 波发 射理 应停 止［ ９ ｕ 。如 图 ４所示 。 ２ ． ３ 超 声 波接 收 电路 超声 波 探 头接 受 到 反 射 回来 的超 声波 后 ， 将超 声 波转化 成振 幅很小 的正 弦波 电压信 号 。很 显然此 电压信 号并 不 能直 接 被 单 片机 使 用 ， 需 要经 过 放大 偏置 以后 方可使 用 。在接 收 的很 微弱 的信号 后输入 给 带直 流滤 波 的放 大 电路 ， 放大 得 到可 以很 方 便处 理 的信号 。在这 里 用两个 交流 运算放 大器组 成两级 放 大 。器放 大倍 数 可达 到 ３ ０ ０ ０ 倍。 另 外接收 放大单 元 的作 用是 除 了对信 号 进 行放 大 ， 还有 抑 制其 它 的 噪 声和干 扰 ， 从 而达 到最 大信 噪 比。 信 号经过 放大 以 后， 其 电压 往 往是一 个振 幅不 确定 的正 弦信 号 ， 因此
５ ２
内蒙 古石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 １ ５ 期 口
］
］
浅谈套管弯 曲的定量描 述
任 广 茨
（ 大庆油 田有 限责任公司第三采油厂， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ５ １ １ ）
摘 要： 本文 针 对套 管 弯 曲没有 定量描 述 的 实际情 况 ， 从原 始 井眼轨 迹 入 手 ， 根 据待 钻 井眼轨 迹设 计 理论 ， 将 套 管弯 由问题 转化 成 井眼轨迹控 制 问题 。 同时通过 建 立数 学模 型 ， 提 出了应 用工程 测井 法和
需 对放 大后 的波形 进 行 偏 置 整形 ， 之 后 收入 到检波 电路进行 检波 。 然后 将检 波 的信号 输ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片集 成 了多 通道 的 １ ２ ｂ ｉ ｔ 的 Ａ／ Ｄ转 换、 片 内 精 密 比较 器 、 多个具有 Ｐ ＷＭ 功 能 的定 时 器、 片 内 ＵＳ ＡＲＴ、 看 门狗 定 时器 、 片 内数 控振 荡 器 （ ＤＣ Ｏ） 、 大量 的Ｉ ／ Ｏ 端 口以及大 容量 的片 内存 储器 ， 采用 申行 在线 编 程 方法 ， 单 片 可 以满 足 绝 大多 数 的
路 。信 号 的产生 是有 单片机 发 出 ８个 ４ ０ Ｋ 赫兹 的脉
制后 通过 Ｌ Ｅ Ｄ 数码 管显示 测 量结果 。 ２ ． １ ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 本 系统 所 采 用 的 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片 机是 一种 超 低 功耗 的 混 合信 号 处理 器 ， 具 有超 低 电压 、 超 低功耗 、 强 大的处 理能 力 、 系统工 作稳 定 、 丰 富的 片内外设 。如 图 ３所 示 ：
图 ４ 超 声 波 发 射 模 块 原 理 图
超 声 波 发 射 电路 包 括 信 号 产 生 电路 和 驱 动 电
对传播距 离 的影 响 。 本 设计 中 采用 温度 传 感 器 Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０对 温 度 进 行 补 偿 。ＤＳ １ ８ Ｂ ２ ０ （ Ｄ ａ ｌ ｌ ａ ｓ Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ０ ０ ８ ） 是 ＤＡＬ Ｌ ＡＳ公 司推 出的一 种数字 式单 总 线 温 度传感 器 ， 仅 需 一 个 引脚 即可 实 现数 据 的发送
单 片机进 一步 处理 。 电容 Ｃ ６的作用 是为 系统 提供稳 定 的 比较 电压 。 当脉 冲为 低 电时 ， 电源给Ｃ６ 充电， 当 脉冲为边高电平时ｃ ６ 为释放 电能。 同时滤除电路中 的高次谐 波［ １ 卜Ｈ ］ 。其 电路 图如 图 ５所示 。
应用 需要 。ＭＳ Ｐ ４ ３ ０这 种 高集 成度 使应 用人 员不 必 在接 口外接 Ｉ ／ Ｏ 口及存 储 器 上花 太 多 的精 力 ， 而 可 以方 便 的设计 真 正 意义 上 的 单 片系 统 ， 在 许多 领 域 得到 了广泛 的应用 Ｌ ３ ］ 。