【正文】 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。此外供電電源也會使測量差生很大的誤差。它控制單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對超聲波速度的校正，還有實現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在 LED上。 整個電路采用模塊化設(shè)計，由信號發(fā)射和接收、供電、溫度測量、顯示等模塊組成。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? 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代 寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出 過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的 觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文 （設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 1 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情 況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 2 摘 要 超聲波是指頻率在 20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。 系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。發(fā)射探頭的信號經(jīng)放大和檢波后發(fā)射出去，單片機(jī)的計時器開始計時，超聲波被發(fā)射后按原路返回 ,在經(jīng)過放大帶通濾波整形等環(huán)節(jié) ,然后被單片機(jī)接收 ,計數(shù)器停止工作并得到時間。另外程序控制單片機(jī)消除各探頭對發(fā)射和接收超聲波的影響。再設(shè)計的過程中考慮了這些因素，并給 出了一些解決方案。隨著經(jīng)濟(jì)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。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??？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。 超聲波的物理性質(zhì) (1) 超聲波的反射和折射 當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。 (3) 熱學(xué)作用 如果超聲波作用于介質(zhì)時被介質(zhì)所吸收，實際上也就是有能量吸收，同時，由于超聲波的振動，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。 超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。 假定 s 為被測物體到測距儀之間的距離，測得的時間為 t／ s，超聲波傳播速度為 v／ m它是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。感器。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向 5在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。 圖 24 雙壓電晶片的等效電路圖 雙壓電晶片的等效電路如圖 24 所示， OC 為靜電電容， R 為陶瓷材料介電損耗 ,并聯(lián)電阻 Cm和 Lm 為機(jī)械共振回路的電容和電感， mR 為損耗串聯(lián)電阻。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率，利用這 一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。這兩處的支點就成為振子振動的節(jié)點。超聲波傳感器分通用型、寬頻帶型、耐高溫型、密封放水型等多種產(chǎn)品。 在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多 。設(shè) l 為測量距離， t 為往返時間差，超聲波的傳播速度為 c，則有 l=ct/2。如果測距精度要求很高，則可通過改變硬件電路增加溫度補(bǔ)償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下通過軟件改進(jìn)算法的方法來加以校正。 （系統(tǒng)中應(yīng)用該式進(jìn)行角度補(bǔ)償） 發(fā)射脈沖寬度 發(fā)射脈沖寬度決定了測距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同 時與信號的發(fā)射能量有關(guān)。s(l 個 40KHz 方波脈沖 )， 100181。最終采用短距離 (2m內(nèi) )發(fā)射 200181。此時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方 8面來衡量比較適中，并且接收準(zhǔn)確響應(yīng)速度快。 發(fā)射電路采用單片機(jī) 端口編程輸出 40KHz 左右的方波脈沖信號，同時開啟內(nèi)部計數(shù)器 T0。為節(jié)省硬件考慮 ， 顯示電路采用動態(tài)掃描顯示。編程由單片機(jī) 端口輸出40 kHz 左右的方波脈沖信號，由于 單片機(jī)端口輸出功率不夠， 40 kHz 方波脈沖信號分成兩路，送給一個由 74HC04 組成的推挽式電路進(jìn)行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn)，滿足測量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T 以聲波形式發(fā)射到空氣中。此外，所發(fā)射的超聲波應(yīng)盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應(yīng)近似為同一頻率的振動，以便接收時可采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。 通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為 :單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠(yuǎn)近，設(shè)置發(fā)射脈沖個數(shù)。因壓電效應(yīng)晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號電荷，電荷量很少，只能提供微小交變 的電壓信圖 31 超聲波發(fā)射電路框圖 10號，而不能提供電流信號。同時，換能器的輸出電 壓很小(數(shù)十毫伏 )，這就要求前置放大電路有很高的精度、很小的輸入偏置電壓 (Input Offset Voltage)。 故可知本電路中 :U 0,0 ??? ??? UU ，且 I fi I? 所以有 11 iURRU 23??? (34) 上式表明 ，輸出電壓與輸入電壓成比例運算關(guān)系，式中的負(fù)號表示 ?U 與 iU 反相。 ?? KR 2020 。液晶屏。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆劃或點就發(fā)亮，控制不同二極管導(dǎo)通就能顯示出不 同符號。硬件譯碼則采用CD451 74LS4 74LS4 74LS4 74LS49 等 BCD 碼七段鎖存、譯碼、驅(qū)動芯片直接譯出筆劃信息。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。其原理比較簡單。 13P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 2/ E C I3P 1. 3/ C E X 04P 1. 4/ C E X 15P 1. 5/ C E X 26P 1. 6/ C E X 37P