PAGEPAGE40目錄TOC\o"1-2"\h\z\u中文摘要 1英文摘要 21引言 31.1問題的引出 31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3課題主要研究內(nèi)容 42寬域型氧傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理 52.1寬域氧傳感器結(jié)構(gòu) 52.1.1擴散室和參考室 62.1.2泵電池 62.1.3氧濃差電池 62.1.4加熱部件 72.2基本工作原理 72.2.1概述72.2.2當內(nèi)燃機工作在稀燃狀態(tài) 82.2.3當內(nèi)燃機工作在富燃狀態(tài) 93寬帶型氧傳感器控制器設(shè)計 113.1TMS320F28335DSP介紹 113.2UEGO傳感器控制器概述 133.2.1溫度控制部分 143.2.2泵電流控制部分 153.2.3空燃比測量部分 163.3UEGO控制器外圍信號調(diào)理電路設(shè)計 173.3.1交流通道的設(shè)計 173.3.2直流通道的設(shè)計 183.3.3加熱驅(qū)動電路的設(shè)計 193.4UEGO控制器外圍電路設(shè)計 203.4.1電壓產(chǎn)生電路的設(shè)計 203.4.2時鐘電路的設(shè)計 223.4.3復(fù)位電路的設(shè)計 234全文總結(jié) 24謝辭 26參考文獻 27

UEGO傳感器控制器設(shè)計摘要:傳統(tǒng)氧傳感器只能反饋混合氣濃或稀，至于精確的空燃比卻不能反饋，所以便有了寬域型線性氧傳感器（UEGO）。其輸出信號可以精確的反饋混合氣的空燃比，提高ECU的控制精度，最大限度的發(fā)揮三元催化器的作用，降低有害氣體的排放。本文研究的是基于TMS320F28335DSP的寬域型氧傳感器控制器的硬件部分，它主要包括以下幾個部分：泵電流控制部分、溫度控制部分、傳感器加熱部分和泵電流測量部分，它在工作的過程中需要對電流和溫度等量進行控制。除此之外，還要設(shè)計DSP的復(fù)位電路、時鐘電路以及電源電路，以滿足控制的要求。關(guān)鍵詞：寬域型氧傳感器；空燃比；氧傳感器控制器；UEGO

THEDESIGNOFUNIVERSALEXHAUSTGASOXYGENSENSORCONTROLLERAbstract:Thetraditionaloxygensensorcanonlyfeedbackthickorthinofthemixedgas,astheair-fuelratiocannotbefeedbackedaccurately,sotheUniversalExhaustGasOxygensensor(UEGO)comeintobeing.Theoutputsignalcanaccuratelyfeedbacktheair-fuelratioofthemixedgastoimproveECU'scontrolaccuracy,maximizetheroleofcatalyticconverterstoreduceharmfulgasemissions.ThisstudyisaboutthehardwareofUniversalExhaustGasOxygensensorcontrollerbasedonTMS320F28335DSP,whichincludesthefollowingcomponents:pumpcurrentcontrolsection,thetemperaturecontrolsection,thesensorheatingsectionandthepumpcurrentmeasurementsection,itscurrentandtemperatureneedtobecontrolledduringitswordtime.Inaddition,theDSP'resetcircuit,clockcircuitandpowercircuitmustbedesignedtomeetthecontrolrequirement.Keywords:UniversalExhaustGasOxygensensor；air-fuelratio；oxygensensorcontroller；UEGO

1引言1.1問題的引出氧傳感器是汽車發(fā)動機燃油反饋控制系統(tǒng)的重要部件，在空燃比控制中有著非常重要的作用。氧化鋯型氧傳感器的工作范圍是在λ=1附近產(chǎn)生一個跳躍性的輸出電壓變化，一旦超出此范圍，其反應(yīng)性能便降低。當發(fā)動機需要作稀混合或濃混合控制時，這一類型的氧傳感器便無法勝任了，使得發(fā)動機的燃油控制不能十分精確[1]。隨著人們環(huán)保意識的日漸加深和對汽車尾氣排放要求的不斷提高，傳統(tǒng)的開關(guān)型氧傳感器已不能滿足高排放標準的要求，因為它只能定性的知道氣體的濃稀，而不知道濃稀的程度；且應(yīng)用開關(guān)型氧傳感器的發(fā)動機空燃比控制系統(tǒng)，只能以當量空燃比值為目標進行反饋，線性寬域氧傳感器（UniversalExhaustOxygenSensor,簡稱UEGO）就在這種情況下誕生了。它通過檢測發(fā)動機尾氣排放中的氧含量，并向電子控制單元(ECU)輸送相應(yīng)的電壓信號，反映空氣燃油混合比的稀濃。ECU根據(jù)氧傳感器傳送的實際混合汽濃稀反饋信號而相應(yīng)調(diào)節(jié)噴油脈寬，使發(fā)動機運行在最佳空燃(λ=1)狀態(tài)，從而為催化轉(zhuǎn)換器的尾氣處理創(chuàng)造理想的條件。如果混合汽太濃(λ<1)，必須減少噴油量，如果混合汽太稀(λ>1)，則要增加噴油量。它可以在很寬的空燃比范圍內(nèi)（λ=0.65--2.4）提供準確的空燃比值，提高汽車發(fā)動機電控單元ECU的控制精度，最大限度的發(fā)揮三元催化器的作用，降低廢氣中的有害成分[2]。寬域型氧傳感器由于其特殊的結(jié)構(gòu)，必須配合控制器方能使用。當其配合單獨的控制器時，可以組成便攜式空燃比分析儀，成為發(fā)動機測控平臺的一臺重要儀器。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外已將寬域型氧傳感器（UEGO）傳感器用于汽油機的燃燒控制系統(tǒng)中，如大眾、奧迪、沃爾沃等。目前市場上使用最多是日本Horiba公司的空燃比分析儀MEXA-700λ，測量精度高，功能十分強大，但價格昂貴，人民幣10萬左右，并且只能使用市場上罕見的專用UEGO傳感器，動態(tài)響應(yīng)時間80ms，在汽車高轉(zhuǎn)速或工況突變情況下，其動態(tài)性能還有待提高。美國的ECM4800R空燃比儀的動態(tài)響應(yīng)時間為150ms。現(xiàn)在國內(nèi)也開展了UEGO控制器的相關(guān)研究。西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院利用德國Bosch公司針對其LSU系列UEGO傳感器開發(fā)的CJ125控制芯片，開發(fā)UEGO傳感器接口控制單元，用模擬電路實現(xiàn)控制規(guī)律，且CJ125專用芯片市場上難以購買。大連理工大學(xué)全部用模擬電路實現(xiàn)UEGO的控制器，包括其PID控制。合肥工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院研制的便攜式空燃比儀，沒有溫度控制和泵電流控制模塊，僅用簡單的模擬電路產(chǎn)生泵電流，沒有控制策略。以上的設(shè)計，最終僅僅評價了其空燃比值與輸出電壓的關(guān)系，其動態(tài)性能是難以令人滿意的。合肥工業(yè)大學(xué)DSP實驗室，基于dsPACE系統(tǒng)開發(fā)UEGO控制器，并擬利用DSP28系列芯片作為主控制器設(shè)計UEGO控制器，實現(xiàn)數(shù)字化PID控制，從而提高其動態(tài)性能。1.3課題主要研究內(nèi)容本文主要研究線性寬域氧傳感器控制器的硬件電路，需要實現(xiàn)對兩個量的控制：傳感器溫度以及泵電流。我們選擇TMS320F28335DSP作為處理器，來實現(xiàn)對泵電流以及氧化鋯傳感器溫度這兩個量的控制。

2寬域型氧傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理2.1寬域氧傳感器結(jié)構(gòu)寬域氧傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示，主要由擴散室、參考室、泵電池、氧濃差電池以及加熱部件組成，具體各部分的作用將在下文介紹。BB大氣測試腔陽極加熱器陰極陽極擴散小孔尾氣Uref0.45VUSA大氣測試腔陽極加熱器陰極陽極擴散小孔尾氣Uref0.45VUSA氧化鋯（參考電壓）氧化鋯（參考電壓）感應(yīng)室氧化鋯（泵電池）泵氧元圖2.1.寬帶型氧傳感器結(jié)構(gòu)原理圖2.1.1擴散室和參考室擴散室是用來接收汽車內(nèi)燃機排出的尾氣的，而參考室是用來接收氧含量一定的氣體或者直接是空氣。在擴散室里安有四個陰極，在擴散室與參考室之間有一個氧濃差電池，它能根據(jù)擴散室和參考室里面氧的濃度的差異而感應(yīng)產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢Us。一般的氧化鋯傳感將此電壓作為控制單元的輸入信號來控制燃氣的混合比。而寬帶型氧傳感器與此不同的是：發(fā)動機控制單元要把感應(yīng)室兩側(cè)的氧含量保持一致，讓電壓值維持在0.45V。但這個電壓只是電腦的參考標準值，它就需要傳感的另一部分泵電池來完成。泵電池位于擴散室和排氣管之間，它能根據(jù)氧化鋯的反作用原理（在其兩極加上電壓后會有氧離子的移動），通過控制器發(fā)送過來的控制信號而對擴散室抽入或抽出氧。2.1.2泵電池泵電池是由氧化鋯制成的，由于在氧化鋯兩極上加上電壓后，可以使氧離子移動，根據(jù)這個特性，當泵電流流經(jīng)泵電池時，就會使泵電池兩端的氧離子產(chǎn)生移動，移動的方向由泵電流的方向確定。當內(nèi)燃機燃燒為稀燃，即空燃比較大時，廢氣中氧的含量較高，大于理論值，這時感應(yīng)電壓Us小于0.45V，差值電壓Verr大于零，經(jīng)過PID控制器后就會產(chǎn)生一個大于零的泵電流Ip。泵電流流經(jīng)泵電池后，就產(chǎn)生一個把氧從擴散室里抽出來的機制，以使擴散室里面的氧含量恢復(fù)理論值，將Us維持在0.45V；而當內(nèi)燃機燃燒為富燃，即空燃比較小的時候，廢氣中氧的含量較少，小于理論值，感應(yīng)電壓Us大于0.45V，差值電壓信號Verr小于零，經(jīng)過PID控制器后就會產(chǎn)生一個小于零的泵電流（即方向與稀燃時相反）。該泵電流能把氧從外面泵入擴散室，以使擴散室的氧的含量恢復(fù)理論值，將Us維持在0.45V。總而言之，加在泵氧元上的電壓可以保證當測試腔內(nèi)的氧多時，排出腔內(nèi)的氧，這時發(fā)動機控制單元的控制電流是正電流；當腔內(nèi)的氧少時，進行供氧，此時發(fā)動機控制單元的控制電流是負電流。以上過程中提供給泵氧元的電流就反映了排氣中的乘余空氣含量含量。2.1.3氧濃差電池氧濃差電池（感應(yīng)電池）也是由氧化鋯制成，位于擴散室和參考室之間。由于氧化鋯具有這樣的特性：當其兩側(cè)的含氧量不同時，在氧化鋯兩側(cè)的電極上會產(chǎn)生電動勢。因此由于參考室和擴散室的氧的濃度不同，所以在氧濃差電池兩端就會產(chǎn)生一個電動勢Us，而這個電動勢的大小就反應(yīng)了擴散室中氧的濃度。我們的工作就是要把氧濃差電池的電壓控制在0.45V，為了達到這個目的，（由于參考室里的氧的濃度一定）我們就要控制擴散室里面氧的濃度。這個工作是由我們下面將要講到的泵電池來完成。2.1.4加熱部件寬域氧傳感器內(nèi)部的氧濃差電池受溫度影響，在700--800℃時性能最好[4]2.2基本工作原理2.2.1概述線性寬域氧傳感器是在普通開關(guān)型氧化鋯氧傳感器的基礎(chǔ)上增加一個泵電池形成。在正常的傳感器操作下，小量的廢氣從擴散孔進入泵電池，參考電池能夠感知到廢氣的濃稀狀況，并產(chǎn)生高于或低于參考電壓Uref的電壓Us。UEGO傳感器可在濃混合（λ＜1）條件下向排氣中加入氧氣，而在稀混合氣（λ＞1）中泵出排氣中的氧，使監(jiān)測室中的空燃比始終在理論空燃比（λ=1）附近，保持傳感敏感元件氧化鋯（ZrO2）管內(nèi)外的電動勢在0.45V左右。由于不同濃度的混合氣需要泵入或泵出氧的多少不同，故泵電池的泵電流與混合氣的空燃比一一對應(yīng)，廢氣中的氧氣體積分數(shù)與其空燃比也是一一對應(yīng)的。空燃比與泵電流的大小的關(guān)系大致如下圖2.1所示[5]。空燃比的定義式如下：圖2.2Ip與λ關(guān)系圖當廢氣流經(jīng)傳感器的頭部時，它將反饋一個電壓信號給控制器，告知控制器汽缸內(nèi)氣體的濃稀；而后控制器產(chǎn)生一個泵電流流到寬域氧傳感器的泵電池上，從而消耗過量的氧氣或燃料，使汽缸內(nèi)氣體的濃度始終維持在理論值附近。因為氧化鋯氧傳感器的特點為，氧離子的移動會產(chǎn)生電動勢，反之將電動勢加在氧化鋯上，則會產(chǎn)生氧離子的移動。當廢氣通過擴散孔進入擴散室時，氧濃差電池一面與擴散室相接觸，一面與空氣參考室相接觸，由于兩面的氧含量不同而產(chǎn)生電動勢，即氧濃差電池電壓Vs。開關(guān)氧傳感器將其電壓信號送給ECU，作為廢氣中氧濃度的信號，以此控制空燃比。而寬域型傳感器則施加電壓在泵電池上，產(chǎn)生泵電流，使氧濃差電池兩面的氧含量保持一致，讓電壓值維持在0.45V（即參考電壓為0.45V）。富油的濃混合氣將使氧濃差電池電壓大于0.45V，傳感器控制器則施加負方向的泵電流Ip,使氧氣泵入擴散室，進行化學(xué)反應(yīng)，降低廢氣的濃度，使電壓恢復(fù)到0.45V；反之，若富氧的稀混合氣將使氧濃差電池電壓小于0.45V，則產(chǎn)生正方向的泵電流Ip,將氧氣泵出擴散室。當燃料或氧氣被中和時，氧濃差電池輸出電壓就維持在0.45V。寬域氧傳感器就是這樣通過泵電流的大小和方向，來反映廢氣的濃或稀，以及濃稀程度。并且，再將泵電流轉(zhuǎn)換為0-5v連續(xù)的線性電壓輸出。簡而言之，就是利用了氧化鋯的兩個特性：第一個特性是當氧化鋯兩側(cè)的含氧量不同時，在氧化鋯兩側(cè)的電極上產(chǎn)生電動勢，普通氧傳感器正是利用氧化鋯的這一特性。第二個特性與第一個特性相反，即當在氧化鋯兩側(cè)的電極上加上電壓時，可以使氧離子移動。如果內(nèi)燃機在某一空燃比下工作，排出氧含量一定的尾氣進入測試腔，使得感應(yīng)電池兩端的電壓維持在0.45V，我們稱這時的狀態(tài)為理想空燃比狀態(tài)。2.2.2當內(nèi)燃機工作在稀燃狀態(tài)當內(nèi)燃機是稀燃，即混合氣中汽油含量較低時，此時燃燒所消耗的氧氣的量比較少，從而從尾氣中排出的氧比理想空燃比狀態(tài)下多。尾氣進入擴散室后由于感應(yīng)電池兩端氧濃度差比較小，所以感應(yīng)電池兩端的電壓就會小于0.45V(感應(yīng)電壓即為圖中Us），而感應(yīng)電壓Us與參考電壓Uref（Uref為固定電壓，值為0.45V）經(jīng)過泵電流控制模塊比較和放大后將得到一個放大了的大于零的電壓，而此電壓經(jīng)過一個泵電流控制器向泵電池發(fā)送一個正的泵電流，將氧從測試腔中泵出使測試腔內(nèi)的含氧量下降，使感應(yīng)電池兩端的電壓Us維持在0.45V。我們能注意到的是，當Us與Uref的差值越大，正的泵電流的值就會越大，泵電池從測試腔泵出氧的泵氧力度就會越大。此時系統(tǒng)工作情況大致如下圖2.3所示。大氣測試腔US大氣測試腔USBBUref0.45VIpUref0.45VAA從擴散室抽出氧從擴散室抽出氧圖2.3稀燃情況下泵電流和氧移動方向2.2.3當內(nèi)燃機工作在富燃狀態(tài)相應(yīng)的，當內(nèi)燃機是富燃，即混合氣中汽油含量較高時，燃燒所消耗的氧氣的量就比較多，從而從尾氣排出的氧就比理想空燃比狀態(tài)下的少。此時尾氣進入擴散室后由于感應(yīng)電池兩端的氧濃度差比較大，所以感應(yīng)電池兩端的電壓Us就會大于0.45V，此時感應(yīng)電壓Us與參考電壓Uref經(jīng)過差分放大器A后在其輸出端將產(chǎn)生一個放大了的小于零的電壓，此電壓經(jīng)過泵電流控制器向泵電池發(fā)送一個負的電流（即方向與稀燃時相反），將氧泵入測試腔使測試腔內(nèi)含氧量升高，從而使感應(yīng)電池兩端的電壓值Us維持在0.45V。而且感應(yīng)電池兩端的電壓比參考電壓Uref大的越多，負的泵電流的值就會越大，泵電池往測試腔的泵氧力度也會越大。此時，泵電流的方向和氧移動的方向均和圖2.3所示的方向相反。

3寬帶型氧傳感器控制器設(shè)計由前面的介紹的氧傳感器的工作原理可知，要使傳感器能正常工作，還需要相應(yīng)的控制器，控制器的性能直接影響了傳感器的工作質(zhì)量。目前，寬帶型氧傳感器主要用于汽車發(fā)動機的控制和空燃比分析儀。氧傳感器配合相應(yīng)的控制器時，不但能控制泵電流和傳感器工作溫度，還能通過處理測出精確的空燃比λ，然后這個空燃比值λ被發(fā)送到電子控制單元ECU中，ECU根據(jù)λ值的大小判斷混合氣的稀濃，然后再控制噴油量。目前，無論是德國Bosch公司針對其LSU系列UEGO傳感器開發(fā)的CJ-110、CJ-120、CJ-125等型號的IC控制芯片，還是大連理工大學(xué)內(nèi)燃機研究所針對日本NTK公司的UEGO傳感器研制的控制系統(tǒng)，都是用模擬電路實現(xiàn)的，控制規(guī)律較為簡單，無法實現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，限制了傳感器動態(tài)性能的提高[3]。本章采用TMS320F28335DSP系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，同時配合相應(yīng)的外圍調(diào)理電路來設(shè)計UEGO傳感器的控制器。3.1TMS320F28335DSP介紹TMS320F2000系列DSP集微控制器和高性能DSP的特點于一身，具有強大的控制和信號處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法。TMS320F2000系列DSP片上整合了Flash存儲器，快速的A/D轉(zhuǎn)換器，增強型CAN模塊，增強型PWM模塊，正交編碼電路接口，多通道緩沖串口等外設(shè)，可以方便的開發(fā)高性能數(shù)字控制系統(tǒng)。其中TMS320F28335DSP是TI公司最近推出的32位具有浮點內(nèi)核的DSP芯片，是目前工業(yè)領(lǐng)域最先進的處理器之一。其主頻最高可達150MHz，即單個指令周期為6.67ns，提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片的處理能力，可以很好的滿足UEGO控制器的控制要求。TMS320F28335DSP的主要性能和技術(shù)特征如下[6、7]：CPU：TMS320F28335DSP以精簡指令集（RISC）微處理器C28x為內(nèi)核32位CPU，具有8級流水線，系統(tǒng)最高頻率達150MHz，指令執(zhí)行可在單周期內(nèi)完成。CPU采用改進型哈佛總線結(jié)構(gòu)（可工作于馮諾依曼模式），支持總線擴展，尋址空間高達4G字；FPU：支持IEEE-754單精度（32位）浮點運算；存儲器：片上集成有256K×16的Flash，34K×16高速靜態(tài)RAM，1K×16的OPTROM，以及8K×16帶有數(shù)字運算表的BootROM。此外，通過外部總線控制接口XINTF，還能進行片外存儲器擴展，能支持2M×16以上的尋址空間；中斷：8個外部中斷，相對于TMS320F281X系列的DSP，無專門的中斷引腳。支持58個外設(shè)中斷的外設(shè)中斷擴展控制器（PIE），管理片上外設(shè)和外部引腳引起的終端請求；增強型的外設(shè)模塊：18個PWM輸出，包含6個高分辨率脈寬調(diào)制模塊（HRPWM)、6個事件捕獲輸入，2通道的正交調(diào)制模塊（QEP）；3個32位的定時器，定時器0和定時器1用作一般的定時器，定時器0接到PIE模塊，定時器1接到中斷INT13；定時器2用于DSP/BIOS的片上實時系統(tǒng)，連接到中斷INT14，如果系統(tǒng)不使用DSP/BIOS，定時器2可用于一般定時器；串行外設(shè)為2通道CAN模塊、3通道SCI模塊、2個McBSP（多通道緩沖串行接口）模塊、1個SPI模塊、1個I2C12位的A/D轉(zhuǎn)換器具有16個轉(zhuǎn)換通道、2個采樣保持器、內(nèi)部參考電壓，轉(zhuǎn)換速度為80ns，同時支持多通道轉(zhuǎn)換；88個可編程的復(fù)用GPIO引腳；低功耗模式；1.9V內(nèi)核，3.3VI/O供電；除此之外，TMS320F28335片上還有3路帶有16級FIFO的全雙工異步串口以及一個看門狗定時器。通過上面分析可以看出，基于TMS320F28335板具有強大的數(shù)學(xué)運算和控制功能，可滿足控制系統(tǒng)實時控制要求。其引腳圖如圖3.1所示。圖3.1TMS320F28335引腳圖3.2UEGO傳感器控制器概述總體來說，UEGO控制器包括三個部分，即溫度控制部分、泵電流控制部分、泵電流測量部分和傳感器加熱部分，系統(tǒng)總體框圖如圖3.2所示。各個部分將在下文中具體說明。圖3.2UEGO控制器系統(tǒng)框圖3.2.1溫度控制部分寬域氧傳感器內(nèi)部的氧濃差電池受溫度影響，在700--800℃時性能最好[4]由于從氧濃差電池兩端得到的電壓信號既有交流成分，又有直流成分，而且直流成分幅值比交流成分大得多，為了防止直流分量被過分放大，要對得到的信號進行隔直處理；由于交流信號幅值很小（最大峰值只有約20mV)[3],那么就需要對信號進行放大；為了消除高頻干擾我們需要對信號進行濾波；為了保護ADC不被損壞，我們還需要對放大的信號進行限幅。而隔直、放大、濾波、限幅等電路就構(gòu)成了溫度控制部分所需要的交流通道。因此，在溫度控制這一部分就需要以下幾個部分：交流電流激勵模塊、溫度控制模塊（這兩個模塊由DSP實現(xiàn)）、加熱驅(qū)動電路、交流通道和參考交流通道，圖3.3為其基本框圖。交流通道ADC溫度控制模塊Vref交流通道ADC溫度控制模塊UEGOUEGOPWM加熱驅(qū)動電路MPWM加熱驅(qū)動電路MADC交流通路ADC交流通路圖3.3溫度控制框圖如圖所示，參考信號和氧濃差電池兩端的交流信號被采入DSP后，經(jīng)過溫度控制模塊來控制改變相應(yīng)的占空比來調(diào)節(jié)加熱電壓，以保持氧濃差電池處于恒溫750℃3.2.2泵電流控制部分由傳感器的工作原理可知，我們要對泵電流進行控制以使氧濃差電池輸出電壓保持在0.45V恒定。泵電流是控制器將氧濃差電池兩端的電壓與參考電壓進行比較然后得到的，因此我們需要得到氧濃差電池兩端的電壓。由于為了測量氧濃差電池的內(nèi)阻加入了交流信號，所以我們要想得到直流信號，必須去除交流干擾信號。因此，我們需要對從氧濃差電池兩端得到的電壓信號進行陷波、濾波、放大、限幅等處理，去除干擾，將所需要的信號送到泵電流控制模塊。陷波、濾波、放大、限幅等電路組成了這部分所需的直流通道。為了得到泵電流，我們還需要泵電流驅(qū)動電路。因此，在泵電流控制這一部分就需要直流通道、泵電流控制模塊（由DSP實現(xiàn)）以及泵電流驅(qū)動電路，圖3.4為其基本框圖。UEGOIpUEGO泵電流驅(qū)動電路DAC泵電流驅(qū)動模塊泵電流驅(qū)動電路DAC泵電流驅(qū)動模塊ADC直流通路ADC直流通路圖3.4泵電流控制框圖如圖所示，氧濃差電池兩端的電壓信號經(jīng)過直流通道后，得到的直流信號被采集到DSP，經(jīng)過泵電流驅(qū)動模塊處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制電壓，再經(jīng)過電流驅(qū)動電路形成泵電流，施加給泵電池。3.2.3空燃比測量部分根據(jù)前面的描述，泵電流的大小和方向間接反應(yīng)了空燃比的大小。因此，要想得到準確的空燃比λ的值，我們就需要測量泵電流的大小。由于直接測量電流不容易實現(xiàn)，所我們將電流轉(zhuǎn)化為電壓再進行測量就簡單得多了。在泵電流驅(qū)動電流的后面的導(dǎo)線內(nèi)接入一個定值電阻，然后通過測量定值電阻兩端的電壓就能得到泵電流的大小，該電壓信號還要通過放大、低通濾波和限幅電路進行調(diào)理。泵電流測量完畢后被采樣到DSP，再經(jīng)過空燃比計算模塊處理后就能得到精確的空燃比的值。此部分需要定值電阻Rs、放大電路、，通濾波電路、限幅電路、空燃比計算模塊（由DSP實現(xiàn)）以及顯示模塊，基本框圖如圖3.5所示。UEGOLCD顯示UEGOLCD顯示泵電流測量電路空燃比計算模塊DACRsIp泵電流測量電路空燃比計算模塊DACADCADC圖3.5空燃比測量框圖如圖所示，泵電流經(jīng)過定值電阻Rs后就會在其兩端產(chǎn)生電壓。由于Rs阻值固定，所以只用測得Rs兩端的電壓就能得到泵電流的大小。泵電流的值采入DSP后，經(jīng)過空燃比計算模塊后就能計算出實時的空燃比的值，再通過LCD顯示出來。3.3UEGO控制器外圍信號調(diào)理電路設(shè)計在上一節(jié)3.1中已經(jīng)明確地講到，UEGO傳感器控制器一部分處理工作由DSP來完成，但是還需要相應(yīng)的外圍電路配合使用，因此就需要設(shè)計控制器的外圍電路。前面已經(jīng)提到，UEGO傳感器外圍電路主要有交流通道、參考交流通道、直流通道和泵電池測量通道四個通道，以及泵電流驅(qū)動電路和加熱驅(qū)動電路兩個驅(qū)動電路。這一節(jié)我們將對具體的外圍電路根據(jù)相關(guān)的性能要求來進行設(shè)計。模擬輸入信號來自UEGO傳感器的氧濃差電池，包含直流電壓和交流電壓，交、直流電壓需要分別進行測量。直流電壓變化范圍為0.1V-1V，信號脈動頻率約為500Hz；交流電壓頻率為3.5KHz，傳感器達到750℃3.3.1交流通道的設(shè)計交流通道由隔直電容、放大器、帶通濾波電路及限幅電路組成。為了完全捕捉到信號，采用了高輸入阻抗的儀用放大器INA128進行信號放大[3、8]。根據(jù)INA128的特性，只需要設(shè)置R102的大小即可設(shè)置放大倍數(shù)，關(guān)系公式如下：這里大概需要放大100倍，所以取R102=510Ω。交流信號最大峰值只有約20mV，放大100倍后，直流信號幅度比交流信號大很多，為了防止直流分量被過分放大，在儀用放大器的輸入端加入隔直電容，即為圖中的C101和C102；由于現(xiàn)場存在干擾，所以在儀用放大器的后級加入帶通濾波器（此帶通濾波器是由一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯(lián)組成，且低通濾波器的截止角頻率ωH大于高通濾波器的截止角頻率ωL），只允許需要的頻率的信號通過，濾除不需要的干擾信號；由于TMS320F28335DSP采樣輸入信號為0-3V，因此在濾波器輸出端要加入限幅電路，將輸出電壓限制在0-3V以內(nèi)保護ADC不被損壞，這個工作將由兩個二極管完成。設(shè)計好的電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6交流通道電路圖由于通過參考交流通道的電流沒有直流分量，所以參考交流通道只是在交流通道的基礎(chǔ)上省去隔直電容就行了，如圖3.7所示。圖3.7參考交流通道電路圖3.3.2直流通道的設(shè)計為了測量氧濃差電池兩端的感應(yīng)電壓，就必須要提取氧濃差電池兩端的直流電壓，那么就需要濾除交流成分。首先采用陷波電路將3.5KHz的交流分量濾除；同樣，為了濾除現(xiàn)場的高頻干擾，還需要在陷波電路后加入低通濾波器，截止頻率設(shè)為2.5KHz。為使放大后的信號不超過ADC的輸入范圍而損壞ADC，在運算放大器的輸出端還要加入0V-3V的限幅電路（同樣由兩個二極管完成），設(shè)計好的直流通道電路原理圖如圖3.8所示。圖3.8直流通道電路圖由于泵電流測量通道的輸入信號沒有3.5KHz的交流成分，所以此通道就不需要陷波電路，其電路原理圖如圖3.9所示。圖3.9泵電流測量通道3.3.3加熱驅(qū)動電路的設(shè)計由于UEGO傳感器需要加熱到750℃才能正常工作，因此我們需要把傳感器的溫度在工作時始終控制在750℃才能保證傳感器正常工作。而這里的溫度控制是根據(jù)所測得的傳感器溫度控制加熱電壓，采用DSP的PWM模塊進行控制，通過改變PWM的占空比調(diào)節(jié)加熱電壓。加熱電路工作電流大于1A，一般開關(guān)電源難以輸出這樣的大電流，考慮到現(xiàn)場有蓄電池，所以采用12V的蓄電池供電。TMS320F28335DSP芯片為數(shù)字控制芯片，其工作頻率很高，而工作電壓和電流都比較低。由于加熱電流比較大，從安全可靠性考慮，需要將PWM驅(qū)動信號與驅(qū)動板之間隔開，而且需要對PWM信號加一定的緩沖（這里用的是6N137，高速光耦，起光電隔離的圖3.10加熱驅(qū)動電路圖如圖，用MOSFET開關(guān)電源，柵極為低電平時，漏極輸出高電平，電路導(dǎo)通，同時電容充電；柵極為高電平時，漏極輸出低電平，電路關(guān)斷，進入續(xù)流狀態(tài)，由于電感的儲能作用，續(xù)流二極管導(dǎo)通，為電流提供回路，此時負載靠電感釋放能量和電容放電獲取電壓。采用專用MOSFET驅(qū)動芯片IRS2110驅(qū)動MOSFET。3.4UEGO控制器外圍電路設(shè)計3.4.1電壓產(chǎn)生電路的設(shè)計控制電路所需要的電壓等級分別是數(shù)字電源：5V、3.3V、1.9V。TMS320F28335的供電電壓是內(nèi)核電壓1.9V，I/O接口電壓是3.3V，由于車載的只有12V的電源，所以先用芯片MC7805將12V電壓轉(zhuǎn)換成5V（如圖3.11所示），再采用TI的專用DSP電源管理芯片TPS767D301來給DSP提供3.3V和1.9V電壓，如圖3.12所示。由于設(shè)計中運算放大器要用到+5V的模擬電源，因此還需要一個+5V模擬電源的轉(zhuǎn)換電路，如圖3.13所示。圖3.11+5V數(shù)字電壓產(chǎn)生電路圖3.12+3.3和+1.9V電壓產(chǎn)生電路圖3.13+5V模擬電壓產(chǎn)生電路3.4.2時鐘電路的設(shè)計向DSP提供時鐘一般有兩種方法：一種是利用DSP內(nèi)部所提供的晶體振蕩器電路，即在DSP的X1和X2引腳之間連接一個晶體來啟動內(nèi)部振蕩器；另一種方法是將外部時鐘源直接輸入X2/CLKIN引腳，X1懸空，采用已經(jīng)封裝的晶體振蕩器。從資源利用、設(shè)計的可行性以及電路設(shè)計的簡單性考慮，時鐘電路應(yīng)采用TMS320F28335內(nèi)部晶體振蕩器，設(shè)計的電路如圖3.13所示。圖3.13時鐘電路圖3.4.3復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位通常有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種。上電復(fù)位由電源器件給出復(fù)位信號。一旦電源上電，系統(tǒng)便處于復(fù)位狀態(tài)，當為低電平時，DSP復(fù)位。為使DSP初始化正確，應(yīng)保證為低電平并至少保持3個CLKOUT周期，同時在上電后，該系統(tǒng)的晶體振蕩器一般需要100--200ms的穩(wěn)定期[8]。所選的電源器件一旦加電，其輸出電壓緊隨其輸入電壓，當輸出電壓達到啟動的最小電壓時（溫度為25℃時，其電壓為1.5V），引腳輸出低電平，并且至少保持200ms[8]，從而滿足復(fù)位要求。在運行過程中，用戶也可以通過復(fù)位按鈕使DSP復(fù)位，復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的，設(shè)計的復(fù)位電路如圖3.14所示。3.4.3復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位通常有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種。上電復(fù)位由電源器件給出復(fù)位信號。一旦電源上電，系統(tǒng)便處于復(fù)位狀態(tài)，當為低電平時，DSP復(fù)位。為使DSP初始化正確，應(yīng)保證為低電平并至少保持3個CLKOUT周期，同時在上電后，該系統(tǒng)的晶體振蕩器一般需要100--200ms的穩(wěn)定期[7]。所選的電源器件一旦加電，其輸出電壓緊隨其輸入電壓，當輸出電壓達到啟動的最小電壓時（溫度為25℃時，其電壓為1.5V），引腳輸出低電平，并且至少保持200ms[7]，從而滿足復(fù)位要求。在運行過程中，用戶也可以通過復(fù)位按鈕使DSP復(fù)位，復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的，設(shè)計的復(fù)位電路如圖3.14所示。圖3.14復(fù)位電路圖

4全文總結(jié)至此，UEGO傳感器控制器硬件電路設(shè)計完畢，完整的系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示。寬帶型氧傳感器的使用，可以提高發(fā)動機電控單元的控制精度，最大限度地發(fā)揮了三元催化器的作用，更加有效地降低了有害氣體的排放。本文研究了寬帶型氧傳感器控制器的硬件部分，并設(shè)計了硬件圖。在設(shè)計的過程中，得出了以下結(jié)論：在設(shè)計UEGO控制器過程中，對于泵電流和溫度的控制中都給了一個參考量：泵電流控制中給了氧濃差電池一個參考電壓Uref；在溫度控制部分給了一個定值的參考電阻Rs。這樣我們就不用拘泥于去測量具體的量，通過比較參考量和實際量再通過控制器進行相關(guān)處理就能得到準確的控制信號。這種方法在控制器的設(shè)計中用的非常廣泛。在設(shè)計UEGO控制器過程中，針對控制要求設(shè)計了基于DSP（TMS320F28335）的控制器，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，滿足控制系統(tǒng)實時控制的要求。在設(shè)計硬件電路的過程中，交流通道和直流通道的精度很重要。為了防止燒壞ADC，在ADC前必須要加入限幅電路。在此控制器的設(shè)計中還設(shè)計了溫度控制部分，將傳感器的溫度控制在一理想的值附近（約750℃

圖4.1完整的系統(tǒng)原理圖

謝辭本論文設(shè)計在黃云志老師的悉心指導(dǎo)和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著黃老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計期間，黃老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，黃老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在此向黃云志在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。我還要感謝同組的各位同學(xué)以及我的各位室友，在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！

參考文獻[1]孫偉等，寬域氧傳感器接口控制單元開發(fā)，西化大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007年4期，24-25,68[2]劉瑞祥，高希彥，楊德勝，寬范圍氧傳感器控制器設(shè)計及在柴油機EGR系統(tǒng)中的應(yīng)用，大連理工大學(xué)內(nèi)燃機研究所，遼寧大連[3]張進，兩種發(fā)動機相關(guān)傳感器動態(tài)特性的研究[D]，合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008[4]LucaPoggio,SpinettaMarengo,MarcoSecco,NizzaMonferrato,PieroCarbonaro,Turin,DanieleCeccarini,Rimini,ControldeviceforAlinearoxygensensor[P],U.S.Patent6334352B1,January1,2002[5]關(guān)順賢，詳解汽車寬帶性氧傳感器，遼寧科技學(xué)院機械工程系[6]雷曉瑜，曹廣忠TMS320F28335及其最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，深圳大學(xué)機電與控制工程學(xué)院[7]胡海江，級聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計，北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009[8]張雄偉，陳亮，徐光輝，DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社參考：畢業(yè)論文（設(shè)計）工作記錄及成績評定冊題目：學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：職稱：助理指導(dǎo)教師：職稱：年月日實驗中心制使用說明一、此冊中各項內(nèi)容為對學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）的工作和成績評定記錄，請各環(huán)節(jié)記錄人用黑色或藍色鋼筆（簽字筆）認真填寫（建議填寫前先寫出相應(yīng)草稿，以避免填錯），并妥善保存。二、此冊于學(xué)院組織對各專業(yè)題目審查完成后，各教研室匯編選題指南，經(jīng)學(xué)生自由選題后，由實驗中心組織發(fā)給學(xué)生。三、學(xué)生如實填好本冊封面上的各項內(nèi)容和選題審批表的相應(yīng)內(nèi)容，經(jīng)指導(dǎo)教師和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組批準后，交指導(dǎo)教師；指導(dǎo)老師填好《畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書》的各項內(nèi)容，經(jīng)教研室審核后交學(xué)生簽名確認其畢業(yè)論文（設(shè)計）工作任務(wù)。四、學(xué)生在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下填好《畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告》各項內(nèi)容，由指導(dǎo)教師和教研室審核通過后，確定其開題，并將此冊交指導(dǎo)老師保存。五、指導(dǎo)老師原則上每周至少保證一次對學(xué)生的指導(dǎo)，如實按時填好《畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師工作記錄》，并請學(xué)生簽字確認。六、中期檢查時，指導(dǎo)老師將此冊交學(xué)生填寫前期工作小結(jié)，指導(dǎo)教師對其任務(wù)完成情況進行評價，學(xué)院中期檢查領(lǐng)導(dǎo)小組對師生中期工作進行核查，并對未完成者提出整改意見，后將此冊交指導(dǎo)老師保存。七、畢業(yè)論文（設(shè)計）定稿后，根據(jù)學(xué)院工作安排，學(xué)生把論文（打印件）交指導(dǎo)老師評閱。指導(dǎo)老師應(yīng)認真按《畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師成績評審表》對學(xué)生的論文進行評審并寫出評語，然后把論文和此冊一同交教研室。八、教研室將學(xué)生的論文和此冊分別交兩位評閱人評閱后交回教研室保存。九、學(xué)院答辯委員會審核學(xué)生答辯資格，確定答辯學(xué)生名單，把具有答辯資格學(xué)生的論文連同此冊交各答辯小組。十、學(xué)生答辯后由答辯小組記錄人填好《畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表》中各項內(nèi)容，然后把學(xué)生的論文和此冊一同交所在答辯小組，答辯小組對其答辯進行評審并填寫評語后交教研室。十一、學(xué)院答辯委員會進行成績總評定，填好《畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表》中各項內(nèi)容，然后把論文（印刷版和電子版（另傳））和此冊等資料裝入專用檔案袋中，教教研室后由實驗中心統(tǒng)一保存。目錄1．畢業(yè)論文（設(shè)計）選題審批表2.畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書3．畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告4.學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目更改申請表5．畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)老師工作記錄6．畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄7．畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師成績評審表8．畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱人成績評審表9.畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯申請表10．畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表11．畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯成績評審表12．畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表畢業(yè)設(shè)計（論文）選題審批表題目名稱基于單片機的超聲波測距題目性質(zhì)□工程設(shè)計□理論研究□實驗研究□計算機軟件□綜合論文□其它題目來源□科研題目□生產(chǎn)現(xiàn)場□教學(xué)□其它□自擬題目選題理由：由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，精度也能達到使用要求，超聲波測距應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)自動控制，建筑工程測量和機器人視覺識別等方面。超聲波作為一種檢測技術(shù)，采用的是非接觸式測量，由于它具有不受外界因素影響，對環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，且操作簡單、測量精度高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。這些特點可使測量儀器不受被測介質(zhì)的影響，大大解決了傳統(tǒng)測量儀器存在的問題，比如，在粉塵多情況下對人引起的身體接觸傷害，腐蝕性質(zhì)的被測物對測量儀器腐蝕，觸電接觸不良造成的誤測等。此外該技術(shù)對被測元件無磨損，使測量儀器牢固耐用，使用壽命加長，而且還降低了能量耗損，節(jié)省人力和勞動的強度。因此，利用超聲波檢測既迅速、方便、計算簡單，又易于實時控制，在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。指導(dǎo)教師意見：簽名：年月日院（系）領(lǐng)導(dǎo)小組意見：簽名：年月日注：此表由學(xué)生填寫畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書1、畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)達到的目的：（1）能對學(xué)生在學(xué)期間所學(xué)知識的檢驗與總結(jié)，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生受到科學(xué)研究、工程設(shè)計和撰寫技術(shù)報告等方面的基本訓(xùn)練。（2）提高學(xué)生對工作認真負責、一絲不茍，對事物能潛心觀察、用于開拓、用于實踐的基本素質(zhì)；（3）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，結(jié)合實際獨立完成課題的工作能力。（4）對學(xué)生的知識面、掌握知識的深度、運用理論結(jié)合實際去處理問題的能力、實踐能力、計算機運用水平、書面及口頭表達能力進行考核。2、畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：以單片機為核心設(shè)計了基于激光測距的防撞預(yù)警系統(tǒng)，采用TDC-GP2芯片作為激光飛行計時單元,給出激光發(fā)射及回波接收放大電路，基于模塊化思想設(shè)計、完成系統(tǒng)軟件設(shè)計流程；最后通過實驗測試，系統(tǒng)要能很好測出前方車輛距離及運行狀態(tài)，并能及時發(fā)出報警，利用Matlab對其測試結(jié)果進行驗證，修正。3、對畢業(yè)論文（設(shè)計）成果的要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕：設(shè)計完成后，要提供電路圖，實驗電路版，控制原始程序，實驗要保存大量的原始數(shù)據(jù)。完成設(shè)計論文。4、畢業(yè)論文（設(shè)計）工作進度計劃：序號論文（設(shè)計）工作進度日期（起止周數(shù)）1根據(jù)所出題目，結(jié)合自身所學(xué)知識，選擇合適課題，確定畢業(yè)設(shè)計論文題目。13-14-1第16周止2根據(jù)所定題目，全面搜集素材，列出各種設(shè)計方案，并一一比較，選擇出最好的設(shè)計方案。13-14-1第18周止3聯(lián)系指導(dǎo)老師，將自己的設(shè)計方案與老師溝通、交流，得到指導(dǎo)老師的認同與指點，開始設(shè)計。13-14-1第19周止4根據(jù)方案，確定所要用的器材。設(shè)計總體框架結(jié)構(gòu)，分出各大的模塊，并將其展開，以得到比較細的設(shè)計模式。13-14-2第1周止5根據(jù)所列框圖，結(jié)合自己所學(xué)知識，開始各分支電路模塊的設(shè)計。13-14-2第2周止6完成初稿，將所做的模塊給指導(dǎo)老師查閱，看是否有不當之處，再進行改進。并將大電路的設(shè)計方案告之老師，得到老師更好的建議。13-14-2第3周止7大膽進行設(shè)計，將每一個小的電路，大的模塊，都精心設(shè)計好，完成整個硬件和軟件部分的設(shè)計過程。13-14-2第6周止8將所有設(shè)計整理結(jié)合，形成設(shè)計論文，交與指導(dǎo)老師檢查，并經(jīng)老師指點，做進一步的改進工作。13-14-2第7周止9改進畢業(yè)設(shè)計論文，得到自己及老師認為滿意的論文。13-14-2第10周止指導(dǎo)教師日期年月日教研室審查意見：簽字：年月日學(xué)院負責人意見：簽字：年月日學(xué)生簽字：接受任務(wù)時間：年月日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告題目基于單片機的超聲波測距1、本課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢近年來，隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經(jīng)濟發(fā)展，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小Ｒ话愕某暡y距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標識別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。隨著測距儀的技術(shù)進步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。2、本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計可能遇到的困難，提出解決問題的方法和措施利用單片機控制超聲波測距，發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t,由即可算出被測物體的距離。預(yù)計可能遇到的問題是受溫度的影響，測量精度不高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ蟾嫒撕灻?015年3月20日3、本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本文采用AT89C51單片機作為控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器。4、進度計劃序號日期進度安排113-14-1第16周止根據(jù)所出題目，結(jié)合自身所學(xué)知識，選擇合適課題，確定畢業(yè)設(shè)計論文題目。213-14-1第18周止聯(lián)系指導(dǎo)老師，將自己的設(shè)計方案與老師溝通、交流，得到指導(dǎo)老師的認同與指點，開始設(shè)計。313-14-1第19周止聯(lián)系指導(dǎo)老師，將自己的設(shè)計方案與老師溝通、交流，得到指導(dǎo)老師的認同與指點，開始設(shè)計。413-14-2第1周止根據(jù)方案，確定所要用的器材。設(shè)計總體框架結(jié)構(gòu)，分出各模塊，并將其展開，以得到比較細的設(shè)計模式。513-14-2第2周止根據(jù)所列框圖，結(jié)合自己所學(xué)知識，開始各分支電路模塊的設(shè)計。613-14-2第3周止完成初稿，將所做的模塊給指導(dǎo)老師查閱，看是否有不當之處，再進行改進。并將大電路的設(shè)計方案告之老師，得到老師更好的建議。713-14-2第6周止大膽進行設(shè)計，將每一個小的電路，大的模塊，都精心設(shè)計好，完成整個硬件和軟件部分的設(shè)計過程。813-14-2第7周止將所有設(shè)計整理結(jié)合，形成設(shè)計論文，交與指導(dǎo)老師檢查，并經(jīng)老師指點，做進一步的改進工作。913-14-2第10周止改進畢業(yè)設(shè)計論文，得到自己及老師認為滿意的論文。10115、指導(dǎo)教師意見（對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計結(jié)果的預(yù)測）指導(dǎo)教師(簽字)：年月日6、教研室意見教研室主任(簽字)：年月日說明：開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計開始后兩周內(nèi)完成。學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目更改申請表原畢業(yè)論文（設(shè)計）題目基于單片機的激光測距現(xiàn)畢業(yè)論文（設(shè)計）題目基于單片機的超聲波測距更改原因理由首先激光測距儀成本較高，且制作的難度大，測量距離較短，需要注意人體安全，光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則影響測量精度。而且單片機與激光測距儀的連接很復(fù)雜，我主要是利用單片機控制測距儀器，目的是對單片機的知識進行鞏固和進一步學(xué)習(xí)，從而完成畢業(yè)設(shè)計。學(xué)生簽名：日期：2015.3.2指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名：日期：教研室意見教研室主任簽名：日期：院系意見論文負責人簽名：日期：PAGEPAGE13畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師工作記錄(由指導(dǎo)老師填寫與學(xué)生見面、電話、網(wǎng)上指導(dǎo)的主要內(nèi)容，原則上一周填寫一次。)指導(dǎo)記錄：到中國知網(wǎng)和西南財經(jīng)大學(xué)圖書館查閱資料，學(xué)習(xí)關(guān)于超聲波的知識，弄清楚超聲波測距的原理，然后搞懂各個模塊的電路。填寫時間：2015年2月28日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：大概弄懂各個模塊的電路圖及工作原理，選出一個最好的方案進行設(shè)計，有問題趕快問，不能等，在畢業(yè)設(shè)計中學(xué)到知識。填寫時間：2015年3月8日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：根據(jù)自己設(shè)計的方案，完成畢業(yè)論文的初稿。填寫時間：2015年3月18日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師工作記錄(由指導(dǎo)老師填寫與學(xué)生見面、電話、網(wǎng)上指導(dǎo)的主要內(nèi)容，原則上一周填寫一次。)指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師工作記錄(由指導(dǎo)老師填寫與學(xué)生見面、電話、網(wǎng)上指導(dǎo)的主要內(nèi)容，原則上一周填寫一次。)指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師工作記錄(由指導(dǎo)老師填寫與學(xué)生見面、電話、網(wǎng)上指導(dǎo)的主要內(nèi)容，原則上一周填寫一次。)指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名指導(dǎo)記錄：填寫時間：年月日教師簽名學(xué)生簽名畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄學(xué)生填寫前期工作小結(jié)完成的主要工作及質(zhì)量，存在的問題和擬解決的方法：指導(dǎo)情況□指導(dǎo)教師堅持每周指導(dǎo)，認真負責，要求嚴格□指導(dǎo)教師指導(dǎo)不夠，要求欠嚴格學(xué)生簽名年月日指導(dǎo)教師填寫對學(xué)生完成任務(wù)情況的評價□按計劃完成預(yù)定的工作內(nèi)容完成質(zhì)量：□好□一般□差□未按計劃完成預(yù)定的工作內(nèi)容，主要原因：指導(dǎo)情況□堅持每周指導(dǎo)，學(xué)生積極尋求和接受指導(dǎo)□學(xué)生尋求和接受指導(dǎo)主動性不夠教師簽名年月日院（系）中期檢查領(lǐng)導(dǎo)小組填寫對學(xué)生學(xué)習(xí)的評價□按計劃完成預(yù)定的工作內(nèi)容完成質(zhì)量：□好□一般□差□未按計劃完成預(yù)定的工作內(nèi)容對指導(dǎo)教師工作的評價□堅持每周指導(dǎo)，認真負責，要求嚴格，指導(dǎo)記錄填寫詳實、規(guī)范□堅持每周指導(dǎo)，認真負責，指導(dǎo)記錄填寫不詳實、欠規(guī)范□未堅持每周指導(dǎo)整改意見檢查小組負責人(簽字)年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評審表評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平45%04綜合運用知識的能力15能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06實驗（設(shè)計）能力15能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠。07計算機應(yīng)用能力5能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對實驗結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）5具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量35%9插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅5符合本專業(yè)規(guī)定要求。10論文（或設(shè)計說明書）撰寫水平10綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11論文（或設(shè)計）的實用性與科學(xué)性5具有科學(xué)性，有一定的實用價值。12論文（或設(shè)計）規(guī)范化程度5文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備、整潔、正確；用語格式、圖表、數(shù)據(jù)、各種資料的運用及引用都要規(guī)范化。13創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。是否達到答辯要求成績評閱人評語評閱人（簽名）：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱人成績評審表評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平45%04綜合運用知識的能力15能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06實驗（設(shè)計）能力15能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠。07計算機應(yīng)用能力5能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對實驗結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）5具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量35%9插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅5符合本專業(yè)規(guī)定要求。10論文（或設(shè)計說明書）撰寫水平10綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11論文（或設(shè)計）的實用性與科學(xué)性5具有科學(xué)性，有一定的實用價值。12論文（或設(shè)計）規(guī)范化程度5文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備、整潔、正確；用語格式、圖表、數(shù)據(jù)、各種資料的運用及引用都要規(guī)范化。13創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。是否達到答辯要求成績評閱人評語評閱人（簽名）：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱人成績評審表評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平45%04綜合運用知識的能力15能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06實驗（設(shè)計）能力15能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠。07計算機應(yīng)用能力5能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對實驗結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）5具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量35%9插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅5符合本專業(yè)規(guī)定要求。10論文（或設(shè)計說明書）撰寫水平10綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11論文（或設(shè)計）的實用性與科學(xué)性5具有科學(xué)性，有一定的實用價值。12論文（或設(shè)計）規(guī)范化程度5文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備、整潔、正確；用語格式、圖表、數(shù)據(jù)、各種資料的運用及引用都要規(guī)范化。13創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。是否達到答辯要求成績評閱人評語評閱人（簽名）：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯申請表學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)論文（設(shè)計）題目設(shè)計論文申請理由申請人（簽名）：年月日指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師（簽名）：年月日教研室意見負責人（簽名）：年月日說明：此表打印后用黑色或藍色鋼筆（或簽字筆）手工填寫。專科畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯記錄表（由記錄人使用）答辯小組名單姓名性別職稱職務(wù)其他答辯記錄：記錄人（簽字）：年月日專科畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評審表（答辯小組用）評分項目分值得分評價內(nèi)涵01答辯準備5準備充分02陳述表達10思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點正確；03選題5符合本學(xué)科的發(fā)展和培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃中對能力知識結(jié)構(gòu)的基本要求，達到畢業(yè)設(shè)計（論文）綜合訓(xùn)練的目的。04設(shè)計（論文）思路10分析歸納合理，方案論證充分，實驗方法科學(xué)。05主要完成情況30圓滿完成規(guī)定任務(wù)，工作量飽滿，難度較大，具備綜合運用所學(xué)知識和技能，有分析、解決實際問題的能力，論文（設(shè)計）有應(yīng)用價值。06回答專家提問20回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準確、深入，有邏輯性。07論文書寫質(zhì)量5條理清楚，文理通順，用語符合技術(shù)規(guī)范；圖表完備、整潔、正確，書寫格式規(guī)范08文獻查閱5合理使用各種檢索工具，能獨立檢索文獻資料。09創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解，有一定的應(yīng)用價值。成績答辯小組評語組長(簽字)：年月日專科畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表（答辯委員會用）題目名稱姓名學(xué)號專業(yè)評分項目評定成績各項成績所占比例實際得分指導(dǎo)教師評分30%評閱人評分評閱人130%評閱人2答辯小組評分40%成績等級結(jié)論是否同意畢業(yè)設(shè)計（論文）通過□同意□不同意（□重新修改□重新答辯）院（系）答辯委員會主任簽字：年月日院（系）公章：說明：1.畢業(yè)設(shè)計（論文）的成績應(yīng)由指導(dǎo)教師、評閱人、答辯小組三部分的評分組成。2.成績折算標準：優(yōu)→>=90分、良→>=80分、中→>=70分、及格→>=60分、不及格→<60分。基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)HYPERLINK"/det