【正文】 聲音，科學家們將每秒振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，他的單位是HZ。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的 方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。 用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過 被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。 (3)基礎研究。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子（見固體物理學）。 1922 年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。 國內(nèi)方面 國內(nèi)在超聲治療領域起步稍晚，于 20 世紀 50 年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從 1950 年首先在北京開始用 800KHz 頻率的超聲治療機治療多種疾病，至 50 年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。特別是20 世紀 80年代初出現(xiàn)的超聲體外機械波碎石術和超聲外科，是結石癥治療史上的重大突破。 超聲波的特點 (1)超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。 聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲 波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結構（用作治療）。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極 化和感生磁化（見電介質(zhì)物理學和磁致伸縮）。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。 (4)化學效應。超聲波還可加速許多化學物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。特別是應用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上 的結構信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高 。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返 回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等 。 壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是 利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應的原理。若外部施加的極性變反，如圖 c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。 開 始 測 量 超聲波信號 開定時器 關定時器 數(shù)據(jù)運算 顯示器 接收檢測 電聲換能器 電聲換能器 驅(qū)動電路 8 3 超聲波硬件 設計方案 按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共 四個模塊組成。 圖 系統(tǒng)設計框圖 硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路 、 超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三 部分。 超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機 輸入一個低電平脈沖。采用流水線結構，單周期指令運行速度是 8051 的 12 倍，全指令集成運行速度是原來的 倍。在使用 JTAG 調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行。 C8051F 單片機增加的功能 在 CIP51 內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項關鍵性的改進，提高了整體性能更易于在最終應用中使用。在一次上電復位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以一直被允許。 超聲波測距可測出回波和發(fā)射脈沖之間的時間間隔，利用 S=Ct/2 就可以算出距離 , 再在 LCD 上顯示出來。 根據(jù)設計要求并綜合各方面因素，采用 C8051F 單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LCD 液晶屏 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號可以用單片機的定時器和計數(shù)器來完成。 設計的難點是： (1)超聲波信號的接收、發(fā)射的設計 (2)顯示電路設計 (3)流 程圖及程序的設計 硬件設計的原理圖 MCU 及其超聲波驅(qū)動電 路 圖 MCU及其超聲波驅(qū)動電路 圖 電路如圖 所示。 反相器的作用是防止單片機初始化時超聲波探頭瞬間動作。當單片機發(fā)出高電平是三極管導通，蜂鳴器發(fā)出聲音；當單片機 口發(fā)出低電平時蜂鳴器不發(fā)聲。 信號再進入由 TL084 組成的一階濾波電路同時進行兩倍信號放大。 信號進入由 TL084 組成的電壓跟隨器增加抗干擾能力并且加大驅(qū)動能力。單片機將測得 14 圖 40KHZ超聲波 接收處理 電路 的時間 與聲速相乘再除以 2即可得到測量值，最后經(jīng)液晶顯示屏將測得的結果顯示出來。開機后先顯示“ 寧夏理工學院 ”亮燈并且蜂鳴器發(fā)聲 ，表示開始工作。 CPU 接收回波信號后，立即產(chǎn)生中斷同時立即停止計數(shù)。定時器 T0 專門用于記錄 CPU 發(fā)射脈沖信號前沿至回波脈沖信號前沿之間的距離 t,由此時間可換算出障礙物的距離，并決定嘟聲間隙。 空中有各種干擾信號，如 工業(yè)粉塵，機器運轉(zhuǎn) 時發(fā)出的噪聲。 一般可根據(jù) 距離變化 的速度和回波信號脈寬來分析，對接收的信號進行甄別，篩選出正 確信號。由于需要焊接一些 SMD器件，所以我選擇了 的細焊錫絲。全部焊好之后，可以用烙鐵尖點 IC 引腳的端頭，再次讓焊點熔化一次，使焊錫更好的將引腳和 PCB連接 。 首先，在焊接完成后，調(diào)試屏幕顯示部分，發(fā)現(xiàn)顯示背光異常，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)原理圖繪制錯誤導致， 在電路板后側(cè)割線，飛線完成。去掉 C2 C24 濾波電容，然后觀察波形，癥狀消失，問題解決。得到一個比較輸出信號。在程序中的延時值為 200。將計數(shù)值轉(zhuǎn)換為時間值，這個要根據(jù)時鐘頻率，分頻系數(shù)等決定。分析原因 如下： (1)長距離的測量需要大功率的超聲波驅(qū) 動電路， 但由于大功率的驅(qū)動電路在制作成 21 本、產(chǎn)品體積等方面存在著諸多的制約因素， 綜合各方面的因素 本設計采用沒有采用大功率驅(qū)動電路，所以測量距離只有 1米。 通過親手做畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己知識的匱乏和能力的欠缺，我覺得自己對專業(yè)知識的認識、理解是比較膚淺的。單片機的選用與學習增強了我們的實際分析解決問題的能力。它能使我對所學的知識有一個系統(tǒng)的把握，并在此基礎上做到融會貫通。 24 致謝 我經(jīng)過這次系統(tǒng)的課程設計，熟悉了對一項課題進行研究、設計和實驗的詳細過程。 在本次畢業(yè)設計的歷程中，自己遇到了許多想不到的困難。 在這里還要感 謝同組 同學，在最后的論文定稿期間，給了我巨大的幫助，同時也教會了我不 少的東西，在這里對他的熱心幫助表示衷心的感謝。 25 附錄 I 硬件原理圖 26 附錄 II 元器件清單 Comment Footprint Designators 0805C C25 C20 C19 C18 C17 5 0805C C9 C30 C29 C27 C26 C22 C21 C16 C15 C14 C13 C12 C3 C2 C1 C7 C4 17 0R 1206 R5 R43 R42 R4 4 100R 0805 R39 R38 R37 R8 4 100uf/50V 10K 0805 R40 R29 R28 R27 R26 R24 R23 R22 R21 R20 R16 R15 R9 13 12V 0805LED D6 1 1K 0805 R36 R33 R7 R6 R2 R35 R34 7 1N4148 LL34 D9 D8 2 1N5819 D5 1 1uf 0805C C11 C28 C24 C23 C10 C8 C6 C5 8 20K 0805 R11 R10 2 2K 0805 R17 R12 2 0805LED D7 1 330R 805 R3 1 805 R25 1 430R 805 R19 1 430R 805 R18 1 430R 805 R14 1 430R 805 R13 1 470uf/16V 47uf/25V 47UF_SMD E5 1 47uH L1 1 805 R41 1 560R 805 R1 1 5V 0805LED D4 1 74LS04 SO14 U5 1 7805 DPAK U1 1 AD620 DIP8 U7 1 AMS1117 SOT223C U3 1 BAT54SLT1_1 SOT231 D11 D10 2 BELL C8051F410/2 LQFP32 U4 1 CON10 IDE10 J2 1 CON16 LM160801 J4 1 CON3 CON3 J3 1 CON4 J1 1 27 LM358 SO8 U10 1 MAX765 DIP8 U2 1 MMBT2222 SOT231 Q1 1 POT TO220A VR1 1 RESS 805 R32 1 RESS 805 R31 1 RESS 805 R30 1 SM4007 SM1 D3 D2 D1 3 SPEAKER SWPB SW1 S3 1 TL084 SO14 U9 U8 2 28 附錄 III 程序清單 主程序 include // 包含了數(shù)據(jù)代碼定義 include // 包含了所有外設的初始化 include xdata unsigned int DISBUF[17]。 void main(void) { unsigned char xdata i,j=0。 // WDTE = 0 （清除看門狗使能） // WDTE = 0 （清除看門狗使能） PCA0MD = 0x00。 //關閉蜂鳴器 for(i = 0。 } //EA = 1。 WriteGraphic(3,24,16,8,DISP[1])。 WriteGraphic(3,88,16,8,DISP[5])。 WriteGraphic(3,120,16,8,DISP[4])。 WriteGraphic(5,56,16,8,DISP[13])。 //============一下是顯示圖標和固定字符 END===================// while(1) //進入循環(huán)部分，循環(huán)發(fā)送超聲波，一個很短時間的超聲波 { beep = 0。 //關閉發(fā)送 40KHZ 的方波 TH1 = 0x00。 } S = time_use * 314。 WriteGraphic(3,32,16,8,DISP[2])。 WriteGraphic(3,96,16,8,DISP[6])。 WriteGraphic(5,32,16,8,DISP[10])。 WriteGraphic(5,64,16,8,DISP[14])。 delay(50000)。 delay(50000)。 delay(50000)。 } } void PCA_ISR (void) interrupt INTERRUPT_PCA0 using 3 //收到回波信號后的中斷程序，所以在主程序里看不到時間計算程序。 } if(CCF2 == 1) //如果收到回波，那么開始處理 { CCF2 = 0。//將高低字節(jié)連接起來，組成最終的時間 TL1 = 0。 } } ///////////////////////////////////// // Generated Initialization File // ///////////////////////////////////// 31 include // Peripheral specific initialization functions, // Called from the Init_Device() function void PCA_Init() { PCA0CN = 0x40。 PCA0CPM0 = 0x21。 } void Comparator_Init() { int i = 0。 i++)。 CPT0MD = 0x80。 P2MDOUT = 0x7F。 XBR1 = 0xC3。 OSCICN = 0x87。 } // Initialization function for device, // Call Init_Device() from your main program void Init_Device(void) { PCA_Init()。//比較器初始化，這