【正文】 該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。 第 7 頁(yè) 從此，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入有計(jì)劃，有目的的研究階段。 1978 年 10 月，中國(guó)建筑科學(xué)院研制出 JC2 型便攜式超聲波檢測(cè)儀。隨著檢測(cè)技術(shù)研究的不斷深入，對(duì)超聲檢測(cè)儀器的功能要求越來(lái)越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測(cè)儀測(cè)讀會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)試誤差。 其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單 .，可靠性高，具有斷電存儲(chǔ)功能，其串口可以方便用戶(hù)對(duì)儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及有關(guān)程序的開(kāi)發(fā)。高智能化檢測(cè)儀器只能滿(mǎn)足檢測(cè)條件 ，使用環(huán)境，重復(fù)性測(cè)試內(nèi)容等基木情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。流體動(dòng)型中包括有氣體與液體兩種類(lèi)型的哨笛。超聲波測(cè)距器，可以應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合 [15]。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波模塊、按鍵模塊、電源模塊、數(shù)碼管顯示模塊和聲光報(bào)警模塊組成。 圖 1 系統(tǒng)方框圖 電源部分 超聲波模塊 數(shù)碼管顯示 聲光報(bào)警模塊 按鍵模塊 STC 89C52 單片機(jī) 第 9 頁(yè) 硬件 實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 電路 總體 設(shè)計(jì) 硬件電路 總 設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 3， 從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： STC89C5 超聲波 傳感器、按鍵、 四位數(shù)碼管 、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 系統(tǒng)工作時(shí) ，單片機(jī)、傳感器的工作電壓 穩(wěn)定 能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求 ，而且電池更換方便。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實(shí)物如下圖 4。 實(shí) 現(xiàn)中采用定時(shí)器 0 進(jìn)行定時(shí)測(cè)量， 8分頻， TCNTT0 預(yù)設(shè)值 0XCE，當(dāng) timer0溢出中斷發(fā)生 2500 次時(shí)為 125ms，計(jì)算公式為（單位： ms）： 圖 4 超聲波模塊實(shí)物圖 第 11 頁(yè) T = （定時(shí)器 0 溢出次數(shù) * （ 0XFF 0XCE）） / 1000 其中定時(shí)器 0初值計(jì)算依據(jù)分頻不同而有差異。 圖 5 人的聽(tīng)覺(jué)范圍 超聲波的特性有： （ 1）束射特性 由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收尤為歷害，在液體中傳播時(shí)吸收就比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收是最小的。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q 定的 ,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量。 超聲波換能器 完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲波這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲波探頭。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。 人類(lèi)能聽(tīng)到的聲音頻率范圍為： 20Hz～ 20kHz，即為可聽(tīng)聲波，超出此頻率范圍的聲音，即 20Hz 以下頻率的聲音稱(chēng)為低頻聲波， 20kHz 以上頻率的聲音稱(chēng)為超聲波。我們選用壓電式超聲波傳感器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類(lèi)：一 類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 圖 6 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。如圖 6所示。 當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。電磁波的傳播速度是 3 108m/s，而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為 344m/s (20℃時(shí) )。由于金屬 、木材、混凝土、玻璃、橡膠和紙等可以反射近乎 100％的超聲波，因此我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些物體。 c=+ (m/s) 式中， t=溫度 (℃ )也就是說(shuō)，聲音傳播速度隨周?chē)鷾囟鹊淖兓兴煌? 圖 8 聲壓在不同距離下的衰減特性 5．聲壓特性 聲壓級(jí) (.) 是表示音量的單位，利用下列公式予以表示。超聲波傳感器的靈敏度直接影響著系統(tǒng)測(cè)距范圍，如圖 7所示為幾種中常見(jiàn)超聲波傳感器的靈敏度圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn) 40KHz時(shí)傳感器的聲壓級(jí)最高，也就是說(shuō) 40KHz時(shí)所對(duì)應(yīng)的靈敏度最高。超聲波設(shè)備的外表面尺寸較小易于獲得精確的輻射角度。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法 ， 超聲波 發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。 t— 超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間 . 將（ 3— 2）、（ 3— 3）代入（ 31）中得： ]c o s [21 HLarctgvtH ? ( 34) 其中 ,超聲 波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù) (例如在溫度 T=30 度時(shí) ,V=349m/s)。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52 單片機(jī)的工作電壓范圍： ,所以通常給單片機(jī)外界 5V直流電源。 當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到 外界 環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，是向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率 第 20 頁(yè) 為 12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。本設(shè)計(jì)采用的是 自 動(dòng)復(fù)位電路。具體電路圖如圖 15 所示： 第 21 頁(yè) B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP2312D2DR162K 圖 15 聲 光 報(bào)警電路圖 數(shù)碼管 顯示模塊 顯示模塊采用 數(shù)碼管 顯 段選接在單片機(jī)的 P1口，位選接在單片機(jī)的 P3^P3^ P3^ P3^7 口，采用三極管驅(qū)動(dòng)方式。該 系統(tǒng) 通過(guò)以 STC89C52 單片機(jī)為工作處理器核心， 超聲波的原理是利用超聲波發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波在空氣中的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。 參考文獻(xiàn) [1] 李華 單片機(jī)Ｃ語(yǔ)言編程 清華大學(xué)出版社 20xx sbit smg_we1 = P3^4。 sbit c_send = P3^2。 //蜂鳴器 IO 口定義 bit flag_key_b_en,flag_key_set_en。 long distance。 //用來(lái) 保存定時(shí)器 0 的時(shí)候的 long flag_time0。 //用來(lái)控制連加的速度 bit flag_lj_en。 //菜單設(shè)計(jì)的變量 uchar a_a。in1。j++) if(a[k]a[j]) k=j。 } } } /***********************處理距離函數(shù) ****************************/ void smg_display() { 第 27 頁(yè) int Buff[5]。 iBuff[3] = iBuff[2]。 for(i = 0。 //5 個(gè)數(shù)排序 distance = (long)Buff[2]。 dis_smg[2] = smg_du[distance / 100 % 10] amp。 byte_write(0x20xx, set_d % 256)。 set_d = 8。 //先讀 if(a_a != 1) //新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問(wèn) EEPOM { set_d = 100。 if(key_new == 0) { //按鍵松開(kāi)的時(shí)候做松手檢測(cè) if((P2 amp。 key_new = 1。 //清零 key_time = 0。 //按鍵按下的時(shí)候 else key_value = 0。 //連加使能 zd_break_en = 1。 if(key_500ms == 1) //連加 { 第 29 頁(yè) key_500ms = 0。 } if((key_new == 0) amp。 break。 break。 smg_we2 = 1。 case 2: smg_we1 = 1。 break。 smg_we4 = 1。 smg_we3 = 1。 i++。 //段選 } void delay() 第 30 頁(yè) { _nop_()。 _nop_()。 c_send = 1。 //給定時(shí)器 0 清零 TL0 = 0。 //當(dāng) c_recive 為零時(shí)等待 TR0=1。 temp = 888。 } } if(flag_csb_juli == 1) { 第 31 頁(yè) TR0=0。 temp /= 58。 distance = temp。 //定時(shí)器 0、定時(shí)器 1 工作方式 1 ET0 = 1。 //允許定時(shí)器 1 定時(shí) } /****************按鍵處理數(shù)碼管顯示函數(shù) ***************/ void key_with() { if(key_can == 1) { menu_1 ++。 dis_smg[1] = smg_du[distance / 10 % 10] 。 } if(menu_1 == 1) { menu_shudu = 1。 0x7f 。 //500ms 加減一次 else menu_shudu = 1。 //取小數(shù)顯示 dis_smg[1] = smg_du[set_d / 10 % 10] 。 //a } if(key_can == 3) { set_d 。 //取個(gè)位顯示 dis_smg[2] = smg_du[set_d / 100 % 10] amp。 if(distance = set_d) { value ++。 //取消報(bào)警 } } void main() { send_wave()。 //讀 eepom 數(shù)據(jù) while(1) { if(flag_300ms == 1) { flag_300ms = 0。 //處理距離顯示函數(shù) if(zd_break_en == 1) //自動(dòng)退 出設(shè)置界面程序 { zd_break_value ++。 zd_break_value = 0。 // TH0 TL0 到 65536 后溢出中斷 } /*********************定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序 ************************/ void time1_int() interrupt 3 { static uchar value。 //數(shù)碼管顯示函數(shù) value++。 if(key_time = menu_shudu) //500ms { key_time = 0。 flag_lj_3_en = 1。 //500ms flag_value ++。 flag_300ms = 1。 TL1 = 0x30。 //按鍵函數(shù) 第 34 頁(yè) if(key_can 10) { key_with()。 // smg_i = 3。 //報(bào)警函數(shù) send_wave()。 //處理距離 顯示函數(shù) time_init()。 //蜂鳴器報(bào)警 } } else { value = 0。