【正文】 （33)2ii?把放大器理想化后: U 通常接近于零，即 U=U U O，若???把它理想化，則有 U=0，但不是短路，故常稱為虛短。采用三級(jí)放大：前兩級(jí)放大 100 倍，用高精密放大器 LM318，帶寬為 15MHz，充分滿足要求；第三級(jí)采用 LF353 運(yùn)算放大器，寬為 4MHz。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射接收的設(shè)計(jì)方法 [8]。超聲波傳播速度的穩(wěn)定與準(zhǔn)確度是保證測(cè)量精度的必要條件，而超聲波的傳播速度又受傳播媒質(zhì)特性的影響。圖 31 超聲波發(fā)射電路框圖Q2Q1VCCVCCC1R1LS1RF圖 32 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射器的注意事項(xiàng)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波后就會(huì)立即停止計(jì)時(shí)。測(cè)距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測(cè)距一次，發(fā)送、接收一次。各個(gè)振動(dòng)的發(fā)射波應(yīng)是以大致相同的頻率，這樣，接收的帶通濾波器可用于消除干擾和接收相同的振動(dòng)波峰，以避免由于反射面和干涉障礙物造成的各種損失。編程由單片機(jī) 端口輸出 40 kHz 左右的方波脈沖信號(hào)，由于單片機(jī)端口輸出功率不夠， 40 kHz 方波脈沖信號(hào)分成兩路，送給一個(gè)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(cè)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。這里使用 CX 20226A 集成電路對(duì)接收探頭接收濾波，信號(hào)經(jīng)過(guò) 端口送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。隨著超聲波測(cè)量技術(shù)的不斷提高，用超聲波測(cè)量任何目標(biāo)物體，都存在著超聲波的發(fā)射和接收問(wèn)題。 （系統(tǒng)中應(yīng)用該式進(jìn)行溫度補(bǔ)償） 發(fā)射脈沖波形超聲測(cè)距常用的發(fā)射脈沖波形如圖 所示有衰減振蕩脈沖、單個(gè)尖脈沖、寬等幅波列脈沖和窄等幅波列脈沖。表 22 列出了幾種溫度下的聲速：表 22 聲速與溫度的關(guān)系表溫度（攝氏度） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（米／秒） 313 319 325 331 337 343 349 389在使用時(shí)，假設(shè)溫度變化不是大的話，則可以當(dāng)做聲速 c 不變，計(jì)算的時(shí)候取 c 的大小為 340m/s。 表 21 傳感器特性參數(shù)表型號(hào) UCMT40K1 UCMR40KQ結(jié)構(gòu) 開(kāi)放式 開(kāi)放式使用方式 發(fā)射 接收中心頻率 ZKH140?ZKH138?頻帶寬 靈敏度 ubardBVubardBV6?聲壓 )(1P? )1min(7?指向角 o75o80容量 pF%2?pF%25? 超聲波測(cè)距的原理超聲波測(cè)距方法主要有三種：1）相位檢測(cè)法：精度高，但檢測(cè)范圍有限；2 ）聲波幅值檢測(cè)法：易受反射波的影響；3）渡越時(shí)間法：工作方式簡(jiǎn)單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都容易實(shí)現(xiàn)，其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間 t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離 l。在這種情況下，超聲波傳感器具有很高的靈敏度。即在壓電陶瓷晶片上加有頻率為交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生相同頻率的機(jī)械振動(dòng)，以促進(jìn)這種介質(zhì)，例如空氣，可發(fā)射超聲波。相反，如果對(duì)它施以外力，由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。電聲型主要有壓電傳感器、靜電傳感器和磁致伸縮傳感器。V=+ (21)式中，V 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為 m／s， T 為實(shí)際溫度單位為℃。相反，未在兩極間加電壓時(shí)，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。他們產(chǎn)生出的超聲波頻率、功率和聲波特性都各自不相同，因此用途也不盡相同，壓電式超聲波發(fā)生器是目前比較常用的發(fā)生器。(2) 空化作用流體動(dòng)力學(xué)指出，在聲場(chǎng)作用下振動(dòng)的液體中的微氣泡在達(dá)到一定聲壓值的時(shí)候，氣泡會(huì)迅速膨脹，之后就突然閉合，而在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程就叫做為空化 [4]。(3)超聲波的干涉如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。一般采用縱波形式的超聲波來(lái)測(cè)量各種狀態(tài)下的物理量。該技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運(yùn)作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。由圖 12 時(shí)序圖可以看出，超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在 T0 時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。汽車行進(jìn)時(shí) LCD 顯示環(huán)境溫度，當(dāng)?shù)管嚂r(shí)，發(fā)射和接收電路工作，經(jīng)過(guò) AT89C51 數(shù)據(jù)處理將距離也顯示到 LCD 上，如果距離小于設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路會(huì)鳴叫，提醒司機(jī)注意車距。超聲波具有方向性好、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，因此利用超聲波測(cè)距技術(shù)在工業(yè)控制、機(jī)器人定位、勘探測(cè)量和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [2]。同時(shí)由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，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?？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。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。此外供電電源也會(huì)使測(cè)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(duì)超聲波速度的校正，還有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在 LCD 上。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號(hào)發(fā)射和接收、供電、溫度測(cè)量、顯示等模塊組成。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。論文中所引用是他人的無(wú)論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。我采用以 AT89S51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路。軟件程序由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、預(yù)置子程序、顯示子程序等模塊組成。實(shí)際的環(huán)境對(duì)超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾信道干擾等等，空氣的溫度對(duì)超聲波的速度影響也很大。s daily work and of the system consists of two parts , namely hardware and software programs. The hardware circuit includes a transmitter circuit, a receiver circuit, the microcontroller circuit, a power supply circuit and a display circuit , in addition to the LCD control circuit and a reset circuit. I used to AT89S51 core, lowcost, highprecision, miniaturized ultrasonic rangefinder digital display hardware circuits. The entire circuit is modular in design , the signal transmission and reception , power , temperature measurement and display module. Signal amplification and detection probe launch after launch out MCU timer is started , the original way back after the ultrasound was launched , after amplification bandpass filtering plastic and other sectors, then the microcontroller receives the counter to stop working and get the time . After the temperature measurement to the microcontroller, the speed through the process of correcting a bination of both to achieve Ultrasonic Ranging function. Software program from the main program , launch subroutine receives subroutine , preset routines, subroutines and other display modules . It controls the microcontroller for data transmission and reception , at a certain temperature correction of ultrasonic velocity , as well as data on the LCD display correctly . Another procedure controls the microcontroller to eliminate the influence of the probe for transmitting and receiving ultrasonic waves . Acpanied by the relevant part of the hardware schematics, program flow .The actual environment of great influence on the ultrasonic wave , such as an external electromagic interference power interference channel interference , etc., the temperature of the air is also a great influence on the speed of the ultrasonic wave . Besides measuring the power supply also make great error of poor students . Redesign process to consider these factors , and gives some solutions.【Key words 】： AT89S51 Ultrasonic wave Ranging目 錄一、緒論 ..................................................................................................................1 課題研究的背景及意義 ...................................................................................1 超聲檢測(cè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展綜述 ...............................................................................1 本文主要研究?jī)?nèi)容 ..........................................................................................2二、 超聲波測(cè)距原理與方法 ...................................................................................4 超聲波簡(jiǎn)介 .....................................................................................................4 超聲波的三種形式 ...................................................................................4 超聲波的物理性質(zhì) ...................................................................................4 超聲波對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用 .....................................................................