【正文】 檢測儀。五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進行仿制生產(chǎn)。這些年來，隨著超聲波技術(shù)研究的不斷深入，在加上其具有的高精度、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力是分不開的，由于他們的努力使無損檢測技術(shù)在這方面已具有一定的水平，在工業(yè)發(fā)達國家，無損檢測在產(chǎn)品的設(shè)計，研制，使用部門已被卓有成效的運用。在介紹超聲傳感器原理與特性和超聲測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。該系統(tǒng)以空氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用反射超聲波測量待測距離。設(shè)計和工藝人員理應(yīng)了解非均一的組織結(jié)構(gòu)，隨機出現(xiàn)的微觀，宏觀缺陷，常?？梢杂袝r甚至是只能依靠無損檢測技術(shù)的運用方可予以發(fā)現(xiàn)和評價。當(dāng)時Galton哨在空氣中產(chǎn)生的頻率達3 X 100Hz，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。 五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術(shù)的推廣普及。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨的超聲儀，計算機可充分發(fā)揮各自特點。1883年Galton首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲波。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。(2)對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強、有毒等惡劣環(huán)境中。第二章 超聲波測距技術(shù)綜述 這一章首先從超聲波的基本性質(zhì)對超聲波做了介紹，隨后又對超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、種類及特性做了介紹，為本論文后面章節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。與光波不同，超聲波是一種彈性機械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。若f=30kHz，則1/α=56m。2)由于超聲波與電磁波相比速度慢，對于相同的頻率波長短，容易提高測量的分辨率。波長這樣短的超聲波具有類似光線的一些物理性質(zhì)[4]:(1)、超聲波的傳播類似于光線，遵循幾何光學(xué)的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能聚焦，因此可以利用這些性質(zhì)進行測量、定位、探傷和加工處理等。(4)、功率大，超聲波能夠產(chǎn)生并傳遞強大的能量。通常情況下，聲波在空氣中的傳播速度約為344m/s。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲波振動。這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。利用正壓電效應(yīng)將機械能(即聲能)轉(zhuǎn)換成電能，并用來接受超聲波的裝置，稱為接收換能器。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為}D交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。 壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率句。利用這一特性可制成各種頻率的超聲波傳感器。 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、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壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞[10]。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。在水中，根據(jù)反射波可以探測潛水艇和魚群，測量海底深度以及探查海底底層等。當(dāng)超聲波射到運動體時，利用多普勒效應(yīng)，可以測量流速流量，探測心臟血管搏動等。除此之外、聲發(fā)射、聲成像技術(shù) (包括聲全息成像技術(shù))的發(fā)展也大大豐富了超聲檢測的內(nèi)容。近十幾年來，由于微機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理技術(shù)以及超聲波產(chǎn)生和接收新技術(shù)的發(fā)展，突破了常規(guī)超聲檢測的限制，進一步開拓了其適用范圍。超聲探傷具有靈敏度高、快速方便、易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于機器制造、冶金、化工設(shè)備、國防建設(shè)等部門，已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量、確保安全的一種重要手段[11]。 超聲測距原理很簡單，一般采用渡越時間法[12]。當(dāng)被測距離H遠遠大于M時，于是(35)式變?yōu)? （36）由此可見，要想測得距離H，只要測得超聲波的傳播時間t即可。單片機在超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖的時刻開始計時。 單片機計算數(shù)據(jù) 顯示電子市場上常見的超聲探頭是收發(fā)分體式，一般頻率為40kHz。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈(有時裝在探頭內(nèi))，諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因為對同一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接收傳感器上接收的回波功率就比較大，對于接收電路的設(shè)計就相對簡單一些。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強度。接收部分就是由四級放大電路構(gòu)成，最終達到對回波進行放大檢測，產(chǎn)生一個單片機能夠識別的中斷信號作為回波到達的標志。設(shè)晶體管臨界截止的基極電壓為Uboc，則保證晶體管截比的基極電壓Ubo≤ Uboc，則 (37) (38) 從式38可以看出:Rb 、 |Uces|越小，|Eb| R越大，基極和發(fā)射極之間反向偏電壓降越大，三極管截止越深。而另一個三極管是工作在截止?fàn)顟B(tài)，但集電極仍有一小電流Icbo。當(dāng)，時，則上式可近似為: (313)這是選擇Rb的另一個條件。當(dāng)Q2導(dǎo)通時a、E3單獨作用時 b、E2單獨作用時 由上面兩式可得: 于是所以，根據(jù)所選參數(shù)，三極管Q2可以處于深度飽和導(dǎo)通。當(dāng)加載在超聲波傳感器的兩端的信號頻率與其固有頻率為同一頻率時，發(fā)生共振，電能可以高效率的轉(zhuǎn)化為機械機械能。振蕩電路可以通過硬件來產(chǎn)生，有多種設(shè)計方案比如555 , CMOS電路CD4046等。充電時間常數(shù)。 同時也可以采用一個更加簡便的方法，直接通過軟件編程方式使得單片機發(fā)送40kHz的超聲波脈沖信號[15]。所以，單片機將會產(chǎn)生一個錯誤頻率的信號。 (2)波形整形。 帶通濾波器設(shè)計 由于超聲波回波信號具有頻率低、幅度小、易受干擾等特點，因此，本系統(tǒng)采用RC有源濾波方式，用于微弱回波信號的放大。 (1)由于使用了有源器件，信號在無源器件(例如電阻)上的損失可以在有源器件中得到補充。 (3)有源濾波器頻率精度高，一般可達到。這是有源濾波器的最大缺點。w1,w2分別為帶通濾波的高，低截止角頻率，中心角頻率為: （323）且通帶中心角頻率。按照電路設(shè)計要求需要一個+5V電壓，士15V電壓，還需一個25V電壓。 +5 V電壓也是利用三端穩(wěn)壓集成電路7805芯片得到的，士15V電壓是利用7815得到。由于本次系統(tǒng)設(shè)計在顯示部分的要求并不是很高，從實用性與經(jīng)濟方面來考慮，完全可以采用LED 來實現(xiàn)，這樣在程序設(shè)計與電路設(shè)計方面來說，都是更加方便的。G MOV R5,0F7H。本系統(tǒng)中最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和時鐘電路組成。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個16位的定時器/計數(shù)器。引腳XTAL 1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為20pF。 MAX5045引腳X5045最主要特點有[10] (1) 512字節(jié)串行EEPROM。 (4)編程的復(fù)位門限。 (7)功耗低，通信速度快(, X25045/3為IM Hz)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用 這種設(shè)計降低了系統(tǒng)成本，簡化了設(shè)計，減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性。 運算模塊 顯示模塊 單片機接收模塊初始化模塊 測距系統(tǒng)各模塊聯(lián)系圖按照測距儀的需要:根據(jù)時間t、速度v進行L=vxt運算得到距離L 時間t:用單片機產(chǎn)生40kHz的脈沖串，再經(jīng)過驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，同時觸發(fā)計時器計時，當(dāng)超聲波接收探頭接收到回波信號時中斷計時器，由此得出超聲波的傳輸時間T。聲波在空氣中傳播，超聲波所傳播距離為發(fā)射處到被測物面加被測面到接收處距離，實際為2倍測量距離，故當(dāng)傳播2cm的距離，在最后計算時應(yīng)該折算成測量距離，即lcm 。由此10 X 1/40000=250us，即需要250 us的一個脈沖，250 us的脈沖是利用延時程序得到，延時脈沖控制振蕩電路，振蕩電路振蕩10個250us (40kHz)的脈沖串經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動超聲波器。 (4)置ETO(開TO中斷)、TR 1(開串口通訊)、ITO(外部中斷0下降沿觸發(fā))、EA(開總中斷)。(3)復(fù)位寫使能寄存器。（1）初值THOTLO分別是0，直到1NT0中斷，讀出時間值，最長時間是65536 us，直到中斷INTO發(fā)生中斷停止。 外部中斷0處理子程序的主要工作過程是: ①關(guān)總中斷EA。 延時模塊2(延時250us): 延時目的:依據(jù)原理，需要一個250us (4kHz)的脈沖控制發(fā)射，而這脈沖即可以用延時模塊得到。本文處理方式:時間: //轉(zhuǎn)換后的速度擬存放在R4R5，小數(shù)位忽略，R4RSR6R7擬放距離值//距離： 其中。 顯示模塊本課題中用LED與單片機共同構(gòu)成顯示模塊。本課題是在孫艷玲老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此，我致以最衷心的感謝！孫老師教學(xué)嚴禁，平易近人，敢于創(chuàng)新，給我留下了深刻的影響；同時，我還要感謝其他幾位同學(xué)，他們給我提供了大量的參考資料，也給予了我很