超声波测距仪以及示波器

本系统基于超声波脉冲法测距原理，由超声波发射模块、超声波接收模块、电源模块、显示与控制模块组成。经过测试，测量范围在6cm到150cm内，测量误差10%以内。超声波测距仪方案选择系统方案一：基于CPLD和单片机的高精度超声波测距的设计方案。测距中的时间是通过高精度的晶体振荡器作为时钟信号源来进行计数测量，同时使用CPLD代替常用的单片机纯软件方法实现动作控制以减少误差。由CPLD完成超声波的发射和接收，并精确记录回波时间，克服了单片机的速度限制，可以使记录回波的时间精确到ns级，系统精度高，成本高。方案选择系统方案二：基于单片机的超声测距方案，由软件控制实现超声波信号的发射、接收及计数器的启动与停止，但超声波信号的发射与计数器的启动不同步，超声波传感器接收到信号与单片机检测到信号之间不同步，又因为单片机的计数频率较低，所以单片机系统的测距误差一般为厘米级。优点是电路设计简单，成本低。方案描述

图1超声测距仪系统总体框图理论分析与计算

超声波脉冲法测距原理：声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标障碍物阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间时间可以测量到，那么就可以计算出从声源到目标的距离。本设计中声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。室温下声波在空气中的传播速度是340m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，则声波经过的距离d可以由以下公式计算：

d=34000(cm/s)×t(s)

因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。电路设计（超声波发射模块）图2超声波发射模块电路原理图电路设计（超声波接收模块）图3超声波接收模块电路原理图电路设计（电源模块）图4电源模块电路原理图电路设计（控制与显示模块）图5控制模块电路与显示模块电路超声波测距仪整体设计图图6超声测距仪整体原理图设计流程图测试方案与测试结果

测试仪器及测试方法在超声测距仪发射、接收探头正前方放置一物体做障碍物，把障碍物放置到离探头固定距离，记录此距离作为实际距离，再记录超声测距仪显示的测量距离，通过多次不同距离测量得到测量数据，最后对测试结果进行分析。测试数据记录实际距离（cm）1251015202530测量结果（cm）

6561116212530误差（%）

50015020106.6500实际距离（cm）405060708090100150测量结果（cm）

385466748597110163误差（%）-58105.76.27.7108.6测试数据分析经过以上数据的分析，测试距离在1～5cm之间时误差都较大。因为单片机的计数频率较低，所以单片机系统的测距误差一般为厘米级。测试距离在6～150cm之间时，误差很小，都在10%以内。数字示波器设计摘要

基于AVR的示波器

一个低速的基于mega32示波器，它可以用于检测5HZ信号，输入电压可在24－30V（直流）。

由VassilisSerasidis设计，于01.Dec.2007

编译语言:C语言方案选择系统方案一：纯单片机方式。即完全由单片机来实现前级信号程控调理、采样保持电路及A/D转换器的控制、数据的处理及存储、波形显示和控制电路等功能。方案选择系统方案二：单片机与FPGA结合的方式。即由单片机来完成信号调理和人机界面等顶层控制功能，而由FPGA来完成采集和信号处理等底层的核心计算。方案分析选择方案一的优点在于系统规模较小，有一定灵活性，但不适宜于观察高速信号或复杂信号。在采样速率不是太高的情况下，可以满足要求。方案二是在单片机的管理下，由可编程逻辑器件FPGA完成高速控制作用，例如对高速信号的采集和存储，而单片机则实现对FPGA及整个简易数字存储示波器的管理。在这里，本着经济实用的原则，而采用方案一。示波器总框图方案描述控制器模块以Atmega32单片机为核心的系统。Atmega32单片机内置8路十位具有可选差分输入级的可编程增益（TQFP封装）的ADC,32K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写能力，即RWW），1024字节的EEPROM。理论分析（有关等效采样分析）等效采样分析数据采样技术分为实时采样和等效采样两种。在高速数据采集系统中，实时采样对信号的的捕获能力受到了A/D最高采样速率的限制，因为，实时采样是在一次触发后完成整个的采集过程，通常对信号的实时采样都必须满足Nyquist采样定理，采样频率至少应为信号最高频率的2倍。频率越高就需要越高速的A/D转换器。等效采样的基本原理就是通过多次触发多次采集而获取重建信号波形。等效采样的前提是，信号必须是周期重复的。等效采样通过对周期的信号的多次采样，把在信号的不同周期中采样得到的数据进行重新排序，实现重建的信号波形。工作于等效采样模式的高速数据采样系统，采样频率可以较低，而信号的频率可以很高。等效采样技术主要有顺序等效采样和随机等效采样。电路与程序设计

电路参考原理图电路与程序设计PROTUES软件虚拟仿真电路图测试试结果以及分析经过软件模拟测试结果，示波器测试显示正弦波，三角波，方波。按键可控制波形的上下移动。示波器能测到显示的波形最大频率为100KHz。电压值为0～12V之间。本设计采用的是32位AVR单片机内置A/D直接将信号进行采样处理，如需测更高频率的信号，需要加入高速的A/D转换芯片。第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率总效率（绝热、等温）二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作