【正文】 射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。其中， ＝40KHz 為超聲發(fā)射傳0f感器的中心頻率，在 處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說(shuō)在0f處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級(jí)最高。曲線在 處曲線最尖銳，輸出0f電信號(hào)的幅度最大，即在 處接收靈敏度最高。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動(dòng)。圖 23 是電路中選用得發(fā)射傳感器的指向圖。課題中超聲發(fā)射傳感器的指向角為 75176。（3） 從傳感器設(shè)計(jì)角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。傳播介質(zhì)中聲波的傳播速度隨溫度、雜質(zhì)含量和介質(zhì)壓力的變化而變化。 發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度決定了測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)，也影響測(cè)量精度，同時(shí)與信號(hào)的發(fā)射能量有關(guān)。此時(shí)，從接收回波信號(hào)幅度和測(cè)量盲區(qū)兩個(gè)方面來(lái)衡量比較適中。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。當(dāng)反射面離探頭愈來(lái)愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號(hào)相隔時(shí)間愈來(lái)愈長(zhǎng)，其幅值也愈來(lái)愈小。另外，從圖中 A 點(diǎn)以后，接收信號(hào)才比發(fā)射信號(hào)大，但還將與發(fā)射信號(hào)相迭加，難以分辨。圖 24 傳感器回波檢測(cè)原理分析3 超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4 為 LED 共陽(yáng)數(shù)碼管，段碼用 74LS245 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 9012 驅(qū)動(dòng)。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。適當(dāng)更改電容 C4 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。通過(guò)反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動(dòng)控制。（5） 積分濾波器與整形電路:檢測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波。比如適當(dāng)更改電容C11的大小，就可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管9012驅(qū)動(dòng)。 超聲波測(cè)距器的算法設(shè)計(jì)圖示意了超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接收到。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。由于采用的?12MH z 的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μs,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃時(shí)的聲速為 344m/s 則有d=s/2=(ct)/2=172T0/10 000 cm 其中 T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)數(shù)值。 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)重寫(xiě) T O開(kāi) T 1 中斷開(kāi)啟 T O ， T 1返回圖 42 T0 中斷程序流程圖 P 1 . 0 取反R 4 1 → R 4R 4 = 0 ？關(guān)閉 T 1R 4 ← 4開(kāi)啟外部中斷 0返回YN圖 43 T1 中斷程序流程圖 超聲波接收中斷程序關(guān)閉計(jì)數(shù)器讀取 T O 的值置測(cè)距成功標(biāo)志位為 1返回圖 44 超聲波接收中斷程序流程圖超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)底電平），立即進(jìn)入中斷程序。動(dòng)態(tài)顯示初始化位選 7 F H選通數(shù)碼管讀要顯示的數(shù)送位選碼到數(shù)碼管顯示完畢位選字右移一位修正地址指針?lè)祷豗N圖 45 顯示子程序流程圖 距離計(jì)算子程序首先得出距離的計(jì)算公式：d=(Ct)/2=172 T0/10000 cm,為了降低編寫(xiě)程序的難度，將上式簡(jiǎn)化為：d=17 T0/1000 cm，接著進(jìn)行兩字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法程序，然后調(diào)用兩次四字節(jié)/兩字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)除法程序， ，最后將計(jì)算所得的數(shù)轉(zhuǎn)換成 BCD碼以供顯示。單片機(jī)其卓越的性能，本設(shè)計(jì)中得到了很好的體現(xiàn)，尤其在檢測(cè)，控制領(lǐng)域中，具有以下特點(diǎn)：(1) 小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能測(cè)試，控制設(shè)備及各種智能儀器表。(4) 可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)制分布式控制。 在這次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。[1] 占操，梁厚琴，曹燕．單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù)．電子技術(shù)，2022，3．[2] 杜華兵．MCS51 單片機(jī)原理應(yīng)用．武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2022，5．[3] 程繼興，劉霞．，2022，4．[4] 蘇偉，鞏壁建．超聲波測(cè)距誤差分析．傳感器技術(shù)，2022，6．[5] 李全利，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)．北京：高等教育出版社，2022． [6] 梅麗鳳．單片機(jī)原理及接口技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，2022．[7] Tom R，Watt．Cooling our tomorrows economically，ASHRAE Journal． [8] Artori S, ZHANG G X． Geometric Error Measurement and Compensation of Machines．Annals of the CIRP，1995：599609． [9] Army Kayla． Improving efficiency in existing chillers with optimization technology，ASHRAE Journal．[10] 邱平．略論我國(guó)非金屬超聲波檢測(cè)儀器的發(fā)展?fàn)顩r．工程質(zhì)量，1998 年 01期．[11] 超聲波探傷編寫(xiě)組編著．超聲波探傷．北京：電力工業(yè)出版社， 1980．[12] 王純正．超聲學(xué)．北京：人民衛(wèi)生出版社，1993．[13] 戴樹(shù)蓀．?dāng)?shù)字技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1981．[14] Brown ．Waveshape Distortion in Log Receiver．Circuit Design Engineering. 1986．[15] 中國(guó)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)編譯．超聲波探傷．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1987．[16] 謝自美 . (第二版)[M]. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社，2022.[17] 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第四版)[M]. 北京: 高等教育出版社，1999.[18] 陳大欽等. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(第二版)[M]. 北京: 北京高等教育出版社，2022.[19] 何希才編著. 傳感器及其應(yīng)用電路[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社， 2022.[20] .，F(xiàn)undaenals of ultrasonics ， 2nd end butterworths，London，1967附錄 1 系統(tǒng)原理圖附錄 2 pcb。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的知識(shí)。通過(guò)對(duì)實(shí)際工程的了解、設(shè)計(jì)不但使我加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，對(duì)專業(yè)知識(shí)的全面認(rèn)識(shí)，更重要的是將理論知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐中，應(yīng)用到了實(shí)際工程中，真正做到了學(xué)以致用、理論與實(shí)踐相結(jié)合。(3) 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。而以單片機(jī)為核心的測(cè)距儀器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測(cè)、顯示、報(bào)警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示本次測(cè)距不成功。圖 41 為程序流程圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)啟 T 0調(diào)用顯示子程序測(cè)距成功標(biāo)志位為 1 ？禁止中斷調(diào)用計(jì)算距離子程序允許中斷標(biāo)志位清零顯示結(jié)果 0 . 5 秒開(kāi)啟 T 0YN圖 41 主程序流程圖 超聲波發(fā)射中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。 主程序主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P2 清 0。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(ct)/2 其中 d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距