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1、I基于单片机的便携式厚度测量仪的系统设计摘要在石油化工领域中，油汽的运输与储存过程中，运输管道和储油罐会因为各种原因受到腐蚀的影响，管道壁和油罐壁的厚度会因此减小，当腐蚀程度严重时，会导致油汽的泄漏，甚至引起爆炸，造成人员伤亡，所以，需要定期对使用设备进行检测、记录和分析。而在所有检测的指标中，厚度值则是能够反映其腐蚀程度和安全性能的重要指标。本次课题研究目的是开发一种基于单片机的便携式超声波测厚仪，其具有体积小、易携带的优点，可以实现高精度厚度测量，对于不同材料的被测物体有多种测厚模式选择，并且实现了对测厚数据的记录与保存等功能。本论文主要从以下三个方面展开研究：首先,论文对现代工业领域常用
2、的测厚技术做了介绍,然后详细介绍了本次测厚仪采用的超声波测厚原理,并对超声波以及超声波的应用作了简单的概述。着重分析了脉冲回波法测量厚度的原理及方法,同时介绍了超声波探头的分类和耦合剂的选择。其次，针对本次课题所设计的便携式超声波测厚仪的硬件电路作了详细的说明。将电路部分分成了单片机控制电路、发射电路、接收电路、液晶显示电路和按键电路，分别说明了各电路模块的电路结构和工作原理，并对电路设计中所使用的芯片作了简单概述。最后，根据硬件电路的设计结合功能要求，对软件程序进行了设计。程序设计采用C语言编译，分为初始化程序、发射超声波程序、接收超声波程序、中断程序等。关键词：测厚仪，超声波，单片机The
3、 thickness of the portable measuring instrument system designABSTRACTIn the petrochemical industry, transportation and storage of oil and gas in the process, pipelines and storage tanks will be affected by corrosion due to various reasons, the thickness of the pipe wall and the tank wall will theref
4、ore decrease when severe corrosion, will lead to leakage of oil and gas, and even cause an explosion, causing casualties, therefore, the need for regular use of the device for testing, recording and analysis. In all tests the indicators, it is possible to reflect the value of the thickness of the co
5、rrosion important indicator of performance and safety.The purpose of this research is to develop a microcontroller-based portable ultrasonic thickness gauge, which has a small, easy to carry advantage, you can achieve high-precision thickness measurement, the object of different materials for a vari
6、ety of thickness measurement mode is selected, and the realization of the thickness measurement data, such as recording and preservation of function. In this thesis, a study from the following three aspects:First, the paper commonly used in modern industry thickness measurement technique have been d
7、escribed, and details of the ultrasonic thickness gage uses this principle, and the application of ultrasound and ultrasound briefly summarized. Analyzes the principle and method of measuring the thickness of the pulse-echo method, also introduced to select ultrasonic probe classification and coupli
8、ng agents.Secondly, the subject of this portable ultrasonic thickness designed hardware circuitry described in detail. The circuit portion into the chip control circuit, a transmitting circuit, a receiving circuit, a liquid crystal display circuit and the key circuit, respectively, illustrate the wo
9、rking principle of the circuit structure and circuit modules, and the chip used in the circuit design are briefly summarized.Finally, based on a combination of hardware circuit design functional requirements of software programs are designed. Programming using C language compiler, into the initializ
10、ation process, transmit ultrasound procedures, receiving ultrasound procedures, interrupt procedures.KEYWORDS: thickness gage, ultrasonic, SCM目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.1.1 测厚技术11.1.2 超声波测厚技术的发展31.1.3 本次课题的意义41.2 本测厚仪的特点41.3 研究过程中遇到的难点和问题51.4 课题结构安排52 超声波测厚的基本原理62.1 超声波的介绍62.1.1 超声波的定义62.1
11、.2 超声波的主要参数62.1.3 超声波效应62.1.4 超声波特性62.1.5 超声波的应用72.2 超声波测厚原理72.2.1 脉冲透射法72.2.2 脉冲回波法82.3 超声波探头92.3.1 超声波探头的种类92.3.2 超声波探头的性能指标102.3.3 超声波探头的工作原理112.3.4 超声波探头盲区112.4 超声波测厚仪的耦合剂112.5 本次超声波测厚仪的性能参数122.5.1 性能参数122.5.2 基本功能122.6 本章小结123 超声波测厚仪的硬件设计133.1 总体设计133.2 单片机控制电路143.2.1 STC89C52153.2.2 STC89C52引脚
12、说明163.2.3 STC89C52的最小系统173.3 发射电路183.3.1 振荡电路183.3.2 驱动电路203.4 接收电路213.4.1 CX20106A223.4.2 CX20106A内部构成223.4.3 CX20106A引脚注释223.4.4 CX20106A工作原理233.5 液晶显示电路233.5.1 LCD12864简介243.5.2 LCD12864的特性参数243.5.3 LCD12864引脚说明253.6 本章小结254 超声波测厚仪的软件设计274.1 主程序设计274.2 系统初始化设计294.3超声波发射程序设计304.4 计数单元设计314.5 中断程序设
13、计324.6 按键单元设计334.7 本章小结345 课题总结355.1 课题研究所得成果355.2 课题研究中遇到的问题35致 谢36参考文献37附录I 常见材料声速表 39附录II 主函数程序40附录III 设计原理图41I便携式厚度测量仪的系统设计1 绪论1.1 课题研究的背景和意义厚度测量时日常生活中非常常见的事情，但是传统的用尺子进行厚度测量有很多缺点，比如测量不精确，对测量方式有很多限制，等等。在科技日益发达的今天，厚度测量的方法和仪器也应该有所进步。本次设计就是为了改变传统的测量方式，使厚度测量更简便更准确。在科技水平日益发达的今天，厚度也成为了各个领域检测产品质量的重要指标，例
14、如，石油化工领域中，在石油的储存和运输中，对储油容器和运输管道的厚度都有严格的要求，需要定期对其厚度进行检测；建筑业中，钢板的厚度不仅对整个工程的成本就较大影响，还直接决定了房屋的安全性能；对于船体制造行业，由于海水的腐蚀特性，也需要对船体厚度进行精确测量，保证航行稳定与安全。由此可以看出，对于材料厚度的精确测量的要求是与日俱增，同时，如何快速、便捷、准确的测量厚度，也成为的各个领域所面临的共同问题。本次课题所研究的便携式厚度测量仪就是根据当前社会对不同材料进行快速、便捷、准确测量要求而研制的。1.1.1 测厚技术目前，国内外在厚度测量仪的研制中所采用的测厚技术有很多种类。根据中国电子科技集团
15、电子七十二研究所贾治国的总结，可以把测厚仪按照不同形式划分为接触式和非接触式两种，具体划分，又可按照工作原理的不同划分为激光、超声波、涡流、X射线、射线等测厚仪。对测厚仪按不同原理的分类如图1所示。测厚仪接触式非接触式机械 接触式 超声波射线涡流激光光电码盘式位移传感器式X射线同位素高频涡流电容超声波激光图1-1 测厚仪原理分类（1）机械接触式测厚技术机械接触式测厚仪根据原理不同，又分为光电码盘式测厚仪和位移传感器式测厚仪。其原理是把两个压头分别置于被测工件的上下或内外两个表面上，通过测量两个压头的旋转角度或位移来测量被测工件的厚度。机械接触式测厚仪具有很高的精度，可达到0.001mm，但是测量范围有限，只能测量1-5mm的厚度12。（2）超声波测厚技术超声波具有较好的指向性，超声波测厚技术就是根据这个特性，通过超声波在不同介质面发生折射和反射的原理来实现3。超声波测厚技术在当前的工业领域应用非常广泛，不仅可以用来测厚，根据其原理还可以用来进行探伤、测距、测定液位，以及鉴别材料的杂质4。（3）X射线测厚技术X射线测
