智能测厚仪[摘要]本课题设计的是一种基于单片机和传感器的厚度智能检测系统。
实现了对钢材的无损检测。
在本课题中采用超声波传感器,采用当前流行有脉冲反射式测量。
本设计中采用40KHz超声波穿透钢板，计算超声波在钢板内部往返行程所用时间，来得到要求的厚度。
在接收模块中采用专用的30KHz方波接收芯片，单片机以中断的方式准确无丢失的接收返回的信号。
本系统采用模块化设计，整个系统由传感器模块、单片机控制模块、液晶显示模块组成。
系统以单片机为核心，以超声波传感器作为测量元件，采集并存储传感器的测量数据，最终以液晶模块显示。
并有开机校准和厚度盲区报警等功能。
[关键词]测厚，超声波传感器，单片机，LCD1602Intelligent Thickness Measuring InstrumentAuthor: Xianyong Wang(Grade06,Class1,Major testing and monitoring technology and instrumentation, School of MechanicalEngineering Dept., Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, Shaanxi)Tutor: Yingshu chenAbstract:The design of this issue is a single chip microcomputer and sensors based on the thickness of intelligent detection system. To achieve non-destructive testing of steel. In this issue of the ultrasonic sensor, a pulse reflection by the popular measurement. The design of steel plate used in 40KHz ultrasonic penetration, calculated ultrasound in the steel used within the round trip time to obtain required thickness. Used in the receiver module dedicated 30KHz square wave receiver chip, single chip to break accurate way to return without loss of signal reception. The system is modular in design, the entire system from the sensor module, microprocessor control module, LCD module. System microcontroller core, as measured by ultrasonic sensor components, sensors collect and store measurement data, which will eventually display LCD module. And a boot calibration and alarm functions of the thickness of blind spots.Key words: Thickness gauge, Ultrasonic sensors, single-chip microcomputer, LCD1602目录目录引言 (1)第一章绪论 (2)1.1 选题的目的及研究意义 (2)1.1.1 目的 (2)1.1.2 研究意义 (2)1.2 测厚系统研究现状 (2)1.2.1 测厚概述 (2)1.3 厚度测量的分类 (4)1.4 应用领域 (5)1.5 发展趋势 (5)第二章厚度测量系统的总体设计 (7)2.1 系统实现的功能 (7)2.2 解决问题的思路与方法 (7)2.3 无损检测 (7)2.3.1 无损检测分类 (7)2.3.2 五大常规检测 (8)2.4 测量方案选择 (11)2.4.1 方案一 (11)2.4.2 方案二 (12)2.4.3 方案三 (13)2.4.4 方案四 (14)第3章模块设计 (16)3.1传感器的基本特性 (16)3.1.1传感器的静态特性 (16)3.1.2传感器的动态特性 (18)3.2 超声波测厚简介 (18)3.2.1 超声波简介 (18)3.2.2 超声波的传播 (18)3.2.3 超声波测厚原理 (19)3.2.4 超声波测量的盲区 (20)3.2.5 超声波的检测方法 (21)3.2.6 超声波测厚的数据处理方法 (23)3.2.7 超声波测厚仪应用领域 (23)3.3 超声波传感器 (24)3.3.1 超声传感器的概念和分类 (24)3.3.2 超声传感器的工作原理 (24)3.3.3 超声换能器的主要性能参数 (25)3.3.4 超声传感器的结构示意图 (25)3.3.5 超声波传感器的等效模型和电抗特性 (25)3.4 脉冲反射式测量仿真 (27)3.4.1 脉冲反射式测量原理 (27)3.4.2 脉冲反射式测量仿真图 (28)3.5 超声波发射模块设计 (29)3.5.1 发射脉冲波形 (29)3.5.2 超声波发射电路 (29)3.5.3 40KHz方波脉冲产生程序设计 (30)3.5.4 超声波发射电路调试 (31)3.6 超声波的接收电路 (31)3.6.1 超声波传感器接收信号 (31)3.6.2 40KHz解码芯片简介 (32)3.7 超声波温度补偿 (34)3.7.1 DS18B20外部封装及引脚功能 (34)3.7.2 DS18B20程序流程图 (35)3.8 单片机部分 (36)3.8.1 STC89C52RC简介 (36)3.8.2 单片机最小系统 (38)3.9 显示模块 (38)3.9.1 通用液晶1602简介 (38)3.9.2 1602模块的引脚说明 (39)3.9.3 51与1602 的接口连接 (40)3.9.4 1602的存储空间 (41)3.9.5 1602操作时序 (41)3.9.6 液晶显示仿真图 (43)3.9.7 液晶显示程序流程图 (44)3.9.8 液晶显示程序设计 (45)3.10 智能部分 (47)3.10.1 开机校准 (47)3.11 报警模块 (47)3.11.1 报警设计 (47)3.11.2 报警电路设计 (47)第四章误差分析 (49)4.1 引起超声波测量误差的原因 (49)4.1.1 超声波的衰减 (49)4.1.2 超声波传感器本身影响 (49)4.1.3. STC89C52单片机本身精度的限制 (50)4.1.4 操作环境以及人员因素 (50)4.2 影响超声波测厚仪示值的因素 (50)第五章总结 (52)致谢 ................................................... 错误！未定义书签。
引言厚度测量是生产中最常见的测量内容之一,常用量具是游标卡尺或千分尺,这些量具在使用时都必须和工件接触,虽然接触压力不大,但对一些特殊工件,在测量时不允许量具和工件接触,否则会在工件表面上留下压印或划痕.虽然采用激光厚度仪可以方便快速地实现工件厚度的无接触测量,但测量精度不高,难于满足工件的高精度测量要求。
另外,当被测点要求很多、所测厚度连续变化、材质是复合的情况下,传统测量方法就受到了限制,要做到高精度的测量就显得更不容易。
困此,可用高精度非接触超声波传感器来测量。
超声波测厚仪由集成电路,超声波发射器(一个小元头),连接电源集成电路与超声波发射器的变送传感导线组成。
本系统测厚是利用超声波在各种介质内的传播速度不同,即:由一种介质转到另一种介质,必然产生波反射的性能来作出厚度测定的,即利用波反射的时间差来确定所测工件的厚度。
由于受早期电子技术的局限,老式的超声反射法测厚仪均为纯硬件结构,在电气性能和物理性能等方面都不尽人意。
随着电子技术的不断进步。
尤其是单片机技术的飞速发展,对超声波测厚仪的智能化改造已成为必然。
采用单片机设计制作的超声波测厚仪,可以使测厚仪的厚度标定、声速设定、声速调整等操作实现智能化,同时还可以简化电路、降低成本、减少功耗。
本系统将介绍超声波反射法测厚仪的工作原理及其智能化的设计。
第一章绪论1.1 选题的目的及研究意义1.1.1 目的随着材料科学以及其他相关生产领域的发展 ,越来越多的场合需要对各种性质的厚度进行快速、精确测量并记录相关数据。
为了保证各种机械产品的质量，我们必须对工件的厚度进行严格的检测，以减少不合格产品的数量。
为些我们必须有测量厚度的工具，本次设计就是为了解决这个问题。
当前测厚仪精度不是很高，反应不是很灵敏，操作不是很简单，但是价格很高，不适于大规模普遍使用。
因此,我们对测厚仪的研究就更为重要，解决这些问题就迫在眉睫.1.1.2 研究意义在金属板材生产流程控制系统中 ,需要对生产的板材的厚度进行控制。
由于生产板材的环境比较恶劣,如温度、水分、蒸汽、电磁等对板材厚度测量都有很大的影响。
因此 ,常规的测量方法很难取得良好的效果，智能测厚便是测厚仪器发展的大势所趋。
本次设计为用户提供了一套操作简单、价格便宜、性能高、实用性强、精度够用的厚度测量设备，让中小用户从此可以买得起，用得方便，需要得以满足。
1.2 测厚系统研究现状1.2.1 测厚概述测量是人类生产、社会生活中不可或缺的活动:工作计时、购物称重、量体裁衣等都是测量活动，是分别对时间、重量、长度等物理量的测量。
几何量测量则主要是对各种零件的几何形状和几何尺寸的测量，它在整个测量系统中占有重要的地位。
几何量测量中，厚度是基本的、主要的测量参数。
从机械式测厚仪到光学、电动、气动等各种测厚手段的出现，说明厚度测量技术在向着高精度、高效率方向不断发展。
在较丰富的测厚方法中，分类的方法也较多，特别是对不同的被测对象，采用的方法也不一样，分类也不同。
(l)按测量的时间来分可分为静态测厚和动态测厚。
静态测厚是指在一段时间内厚度不变或缓慢变化条件下的测量;而动态测厚是为确定随时间变化的厚度的瞬时值而进行的测量，一般而言，动态测厚更能真实地反映被测物厚度的变化。
(2)按测量的主动性来分可分为主动测厚和被动测厚。
在生产加工过程中对厚度的测量为主动测厚;而在产品加工完成之后对厚度进行的测量则是被动测厚。