基于單片機的低功耗高精度融雪測量儀的設計
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一條JNB bit，rel匯編語句執(zhí)行時間為2個機器周期，一條CLR C匯編語句執(zhí)行時間為1個機器周期，所以執(zhí)行一次上述回波檢測語句需要5個機器周期，而該設計中使用的晶振為12 MHz，一個機器周期為1 μs，因此需要5 μs。由公式S=VT/2，S為距離，V為波速，T為渡越時間。假設此時的V為340 m/s，得S=0.85 mm，誤差在1 mm之內(nèi)，在設計允許范圍之內(nèi)。
?。?）溫度補償
由于超聲波波速受到環(huán)境溫度的影響，需要對波速進行溫度補償，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://www.ex-cimer.com/article/170684.htm
根據(jù)上述表2中數(shù)據(jù)，可以得出溫度補償公式如式（1）所示：
V=331.5+0.607×T （1）
其中V表示實際波速，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；
}
?。?）對采集值進行數(shù)字濾波
由于實際測量中會出現(xiàn)偶然脈沖干擾，使測得的數(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，同時對剩余的數(shù)據(jù)取平均值。測試效果如表3所示。
?。?）真實值與測量值之間做線性補償
由于實際測量值與真實值之間會存在誤差，現(xiàn)在通過用一次函數(shù)Y=KX+B做線性補償算法來減少測量誤差。在沒有加入補償之前如表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G2到G11取平均值得到。計算出K=1.077 229 163，B=32.240 783 23。Y=1.077 229 163X+32.240 783 23，得到補償后的數(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)過測試，融雪測量儀的測量范圍為300 mm~2 000 mm，測量精度控制在5‰之內(nèi)，且耗電量低。同時，由于考慮到實際應用環(huán)境的復雜性，對于元器件的選擇全都采用工業(yè)級產(chǎn)品，以保證設備的穩(wěn)定與可靠性。
參考文獻
[1] 毛煒峰，張旭，楊志華，等.衛(wèi)星遙感首次監(jiān)測到準噶爾盆地西北部的冬季融雪洪水[J].冰川凍土，2010，32（1）：211-214.
[2] RAMSAYB H. The interactive multisensor snow and ice mapping system[J]. Hydrological Processes， 1998，12：1537-1546.
[3] 翟國富，劉茂愷．一種實時高精度的機器人用超聲波測距處理方法[J].應用聲學，1990（1）：17-24.
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