【正文】 量儀器在測量一定距離時(shí)，這種儀器對高于3m的頂板安設(shè)困難，且測量不準(zhǔn)確。但激光和雷達(dá)測距儀造價(jià)偏高，紅外線測量距離又太短，不利于廣泛的普及應(yīng)用，在某些應(yīng)用領(lǐng)域有其局限性，相比之下，超聲波方法具有明顯突出的優(yōu)點(diǎn):，超聲波的傳播速度僅為光波的百萬分之一，并且指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，因此可以直接測量較近目標(biāo)的距離，很合適。、體積小、費(fèi)用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[1]。有效的車輛探測裝置對智能車輛引導(dǎo)系統(tǒng)的后續(xù)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。超聲波檢測儀器的研制生產(chǎn)，也大致按此規(guī)律發(fā)展變化[6]。隨后，上海同濟(jì)大學(xué)研制出CTS一10型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20Kg，該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。從此，無損檢測技術(shù)開始進(jìn)入有計(jì)劃，有目的的研究階段。1978年10月，中國建筑科學(xué)院研制出JC2型便攜式超聲波檢測儀。隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會(huì)帶來較大的測試誤差。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的Z000A型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨(dú)的超聲儀，計(jì)算機(jī)可充分發(fā)揮各自特點(diǎn)。電聲型主要有：1壓電傳感器；2磁致伸縮傳感器；3靜電傳感器。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，公式L=(△t/2)*C簡單易算，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。本文在理論方面對超聲測距實(shí)際方案做了深入設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出以Atmel89C51單片機(jī)為核心，采用4OKHZ壓電超聲傳感器的超聲測距儀。若相差較大則有車，否則無車。在本論文的第一章當(dāng)中，著重介紹課題的設(shè)計(jì)的相關(guān)意義目的目標(biāo)等；在接下來的第二章中，論文有詳細(xì)的介紹了超聲波測距儀的原理綜述及傳感器的參數(shù)選擇；在第三章又描述了超聲波測距儀的總體硬件設(shè)計(jì)，和各部分電路的組成，最后簡單介紹一下AT89C51單片機(jī)；第四章，介紹超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)。我國兩千多年前的先秦時(shí)期，在樂律和樂器的研究方面，對聲學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。我們知道以前在物理課中學(xué)過，人們可聽到的聲音頻率為20HZ20KHz，即為可聽聲波，超出頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波，頻率高于人類聽覺上限頻率(約20KHz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。它能在固體、液體和氣體中傳播。表面波只在固體地表面?zhèn)鞑?。?dāng)入射波和反射波的波形一樣時(shí)，波速一樣，入射角α即等于反射角α’。Z2為第二介質(zhì)的聲阻抗。另外聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯。穿透20mm距離時(shí)，衰減為90%[5]。電聲型主要有:。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(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。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兒交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板(振動(dòng)板)接到一個(gè)電極端，下面用引線直接接到另一個(gè)電極端。接收超聲波時(shí)，超聲波的振動(dòng)集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。常見超聲波傳感器的中心頻率有有30KHz、4OKHz、75KHz、200KHz、400KHz等。工作溫度是指能使傳感器正常工作的溫度范圍，其溫度上限應(yīng)遠(yuǎn)于居里點(diǎn)溫度。治療用的超聲波傳感器溫度較高，必須采取冷卻降溫措施[9]。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波。木文中選用的探頭是4OKHz的收發(fā)分體式超聲傳感器，由一支發(fā)射傳感器UCMT40和一支接收傳感器UCMR4O組成，其特性參數(shù)如表21所示。2177。其中脈沖回波法測距最為常用，它主要基于超聲測距回波信號的識別，多采用模擬方法，用電路來實(shí)現(xiàn)。，對相同尺寸的還能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長短，尺寸分辨率高，“細(xì)節(jié)”容易辨識清楚，因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。傳感器的指向角是聲束半功率點(diǎn)的夾角，是影響測距的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，記為θ，它直接影響測量的分辨率。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響，由于該測距系統(tǒng)用于室內(nèi)測量，且量程也不大，溫度可以看作定值。根據(jù)資料[12]，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時(shí)也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。然而，在智能停車場當(dāng)中則選擇800us的脈沖寬度。顯 示 電 路單 片 機(jī) 處 理 部 分發(fā)射電路檢測電路接收電路發(fā)射探頭接收探頭障 礙 物圖26系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖，同時(shí)開啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器TO。由于放大電路輸出的信號是連續(xù)的正弦波疊加信號，而單片機(jī)所能接受的中斷響應(yīng)信號常為下降沿脈沖信號，故信號在放大電路后通過LM393構(gòu)成的比較電路，將正弦信號轉(zhuǎn)換成方波信號，用方波的負(fù)跳變作單片機(jī)的中斷輸入，目的使得單片機(jī)知道已接收到超聲信號，內(nèi)部計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)。木章首先介紹了超聲波的形成、超聲波在傳播過程中的反射折射規(guī)律以及如何衰減。一．發(fā)射電路波形分析為獲得較高的分辨力，發(fā)射電路的設(shè)計(jì)應(yīng)保證發(fā)射的超聲波形有良好的重復(fù)性。發(fā)射電路的設(shè)計(jì)是否合理直接影響發(fā)射波的功率和重復(fù)性。此方法測試距離太近。二、發(fā)射電路常用方案由上面的分析，我們知道發(fā)射電路設(shè)計(jì)的主要目的是抬高輸入到發(fā)射探頭的電壓及其功率。由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效率問題。所以，對于功率放大器，提高效率也是一個(gè)重要問題。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓電源12V供電,也可采用獨(dú)立5v電源。接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)。圖32前置放大電路圖電路如圖34所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗。，即凈輸入電流，如把它理想化，則有I=O，但不是斷開，故常稱為虛斷。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小,數(shù)十毫伏，故分別取R2=lK。于是設(shè)計(jì)出一高品質(zhì)因素的濾波器對于整個(gè)系統(tǒng)十分重要。它的功能是通過從高于某一角頻率W的高通信號，而對于低于W的所有頻率則完成衰減。所以我們采用如下面圖示的有源帶通濾波電路濾除雜波。這個(gè)部分非常關(guān)鍵，關(guān)系到以后電路是否能正常工作，還決定系統(tǒng)的精度問題。上拉電阻U4=1K,電容C=1000pF。如下圖所示。在設(shè)計(jì)電路中所用的元器件如下表31所示：表31元器件清單元件名稱元件值個(gè)數(shù)電阻三極管三極管電阻電阻電解電容晶振瓷片電容瓷片電容電阻芯片單片機(jī)電解電容瓷片電容發(fā)光二極管接口共陰七段發(fā)光二極管芯片芯片按鍵開關(guān)集成運(yùn)放超聲波發(fā)射探頭超聲波接受探頭1k2SA10152SC18154k8k10uf/25v12MHz30pf30pf45Ω74HC37389C51100uf/50v1000pfBT201CON3DPY_7SEG_DPLM393SN7406SWPBTL082CP(8)UCM40RUCM40T51121111111113113111211 通過我們在以上部分中對于超聲波距離探測器的各部分電路設(shè)計(jì)敘述，我們得到總體電路圖。 第四章 超聲波測距儀軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)原理在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。由于單片機(jī)是按照16進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，所以得出的S并不能直接顯示，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但是在本設(shè)計(jì)中，不要求進(jìn)行顯示，只將是否有車的數(shù)據(jù)傳輸出去，給上位機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、子程序、中斷子程序等幾個(gè)主要部分組成。40~43H為顯示數(shù)據(jù)存放單元（40為最高位） MOV R7,0BHCLEARDISP:MOV R0, 00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, 00H MOV TMOD, 21H 。收到反射信號時(shí)標(biāo)志位為1 CLR E LCALL WORK ；計(jì)算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ；重新開啟測距定時(shí)器 MOV R2, 64H ； 測量間隔控制（約4*100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAY ； 可用來顯示 DJNZ R2, LOOP ； 判斷是否顯示完畢 SJMP START 1LCALL REMEM 。PINT0: CLR TR0 ；關(guān)計(jì)數(shù)器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ；將計(jì)數(shù)值移入處理單元 MOV 45H, TH0 SETB 00H ；接收成功標(biāo)志 RETI*延時(shí)程序*DL1MS: MOV R6, 14HDL1: MOV R7, 19HDL2: DJNZ R6, DL2 DJNZ R6, DL1 RET由于51單片機(jī)是16位定時(shí)器，最大計(jì)時(shí)時(shí)一間為65536us，當(dāng)測量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì)發(fā)生溢出。啟動(dòng)計(jì)時(shí)器T0，用以計(jì)算超聲波來回時(shí)間 SETB TR1 。我采用設(shè)計(jì)為超聲波距離探測器來判斷是否有車。在超聲波測距儀的設(shè)計(jì)中，我采用的是基于單片機(jī)來完成的，指導(dǎo)教師教導(dǎo)說，用單片機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致成本上升，在實(shí)際當(dāng)中可以采用集成的超聲波芯片來完成這個(gè)項(xiàng)目。當(dāng)然在設(shè)計(jì)當(dāng)中，也有很多缺陷，比如再設(shè)計(jì)的最后調(diào)試，軟件始終有問題，導(dǎo)致最后的設(shè)計(jì)實(shí)物始終拿不出來。96,Brussels,Belgium,1996.[27] ULTRASONIC RANGE 致 謝在本次設(shè)計(jì)中，遇到了很多困難，感謝老師的指導(dǎo)和幫助，感謝同學(xué)們的互相配合才得已圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。