基于單片機(jī)的低功耗高精度融雪測(cè)量儀的設(shè)計(jì)
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一條JNB bit，rel匯編語句執(zhí)行時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期，一條CLR C匯編語句執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)機(jī)器周期，所以執(zhí)行一次上述回波檢測(cè)語句需要5個(gè)機(jī)器周期，而該設(shè)計(jì)中使用的晶振為12 MHz，一個(gè)機(jī)器周期為1 μs，因此需要5 μs。由公式S=VT/2，S為距離，V為波速，T為渡越時(shí)間。假設(shè)此時(shí)的V為340 m/s，得S=0.85 mm，誤差在1 mm之內(nèi)，在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。
?。?）溫度補(bǔ)償
由于超聲波波速受到環(huán)境溫度的影響，需要對(duì)波速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，利用數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以便為做成高精度的采集系統(tǒng)做保障。表2列出幾種不同溫度下的超聲波波速[3]。本文引用地址：http://2s4d.com/article/170684.htm
根據(jù)上述表2中數(shù)據(jù)，可以得出溫度補(bǔ)償公式如式（1）所示：
V=331.5+0.607×T （1）
其中V表示實(shí)際波速，T表示環(huán)境溫度。程序算法如下所示：
float Count_Supersonic_Speed
（UCHAR real_temp）
{
float V1；
V1=real_temp/2+real_temp/10+331+1/2；
return V1；
}
（3）對(duì)采集值進(jìn)行數(shù)字濾波
由于實(shí)際測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)偶然脈沖干擾，使測(cè)得的數(shù)值偏差很大，通過防脈沖干擾平均濾波法（Anti-Pulse Interference Average Filtering Method）踢除此干擾，同時(shí)對(duì)剩余的數(shù)據(jù)取平均值。測(cè)試效果如表3所示。
（4）真實(shí)值與測(cè)量值之間做線性補(bǔ)償
由于實(shí)際測(cè)量值與真實(shí)值之間會(huì)存在誤差，現(xiàn)在通過用一次函數(shù)Y=KX+B做線性補(bǔ)償算法來減少測(cè)量誤差。在沒有加入補(bǔ)償之前如表4中的誤差1所示。E2到E11中的數(shù)值是Y由式EN=（AN+1-AN）/（BN+1-BN），（N=2~11）得到。F2到F22中的數(shù)據(jù)是對(duì)E2到E11中數(shù)據(jù)取平均值。G2到G11中的數(shù)據(jù)由公式GN=AN-FNBN，（N=2~11）。HN（N=2~11）中的數(shù)據(jù)是對(duì)G2到G11取平均值得到。計(jì)算出K=1.077 229 163，B=32.240 783 23。Y=1.077 229 163X+32.240 783 23，得到補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)I2到I22。最終保證誤差在5‰左右，如表4中的誤差2所示。
經(jīng)過測(cè)試，融雪測(cè)量儀的測(cè)量范圍為300 mm~2 000 mm，測(cè)量精度控制在5‰之內(nèi)，且耗電量低。同時(shí)，由于考慮到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)于元器件的選擇全都采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，以保證設(shè)備的穩(wěn)定與可靠性。
參考文獻(xiàn)
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評(píng)論