【正文】 大提高汽車行駛的安全性，減少車禍的發(fā)生。汽車防撞裝置是借助于遙測技術(shù)監(jiān)視汽車前方和后方的車輛、障礙物，并根據(jù)當(dāng)時的車速自動判斷是否達(dá)到危險距離，及時向司機(jī)發(fā)出警告，必要時還可進(jìn)行自動關(guān)車、自動緊急剎車。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回到機(jī)器人主機(jī)，機(jī)器人即可利用紅外的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化 。當(dāng)聲波的振動頻率大于 20K 赫茲或小于 20 赫茲時，我們便聽不見了?？捎糜跍y距，測速，清洗，焊接，碎石等。 咽喉炎 ， 氣管炎等疾病 ， 呼喚斤年時斤百，很難血流到達(dá)患病的部位 。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位 置附近進(jìn)行的往返運動。 超聲波的特點 超聲波具有如下特性： （ 1）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播； （ 2）超聲波可傳遞很強的能量， 方向性強，能量易于集中 ； 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 （ 3） 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象， 超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息 ； （ 4）超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)胞的功能變化，使堅硬的結(jié)締組織延伸，松軟。即內(nèi)生熱。實踐證 明一些理化效應(yīng)往往是上述效應(yīng)的繼發(fā)效應(yīng)。超聲波焊接設(shè)備既可以獨立操作，也可以用于自動化生產(chǎn)環(huán)境。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。 （ 2） 超聲波金屬焊接的原理 ： 超聲波金屬焊接是 19 世紀(jì) 30 年代偶然發(fā)現(xiàn)的。一般認(rèn)為在超聲波焊接過程中的初始階段，切向振動出去金屬表面的氧化物，并是粗糙表面的突出部分產(chǎn)生反復(fù)的微焊和破壞的過程而使接觸面積增大，同時使焊區(qū)溫度升高，在焊件交界面產(chǎn)生塑性變形。 （ 2）草藥提取 ： 利用超聲分散破壞植物組織，加速溶劑穿透組織作用，提高中草藥有效成分提取率。 （ 4）制備疫苗 ： 將細(xì)胞或病毒借助于超聲分散將其殺死以后，再用適當(dāng)方法制成疫苗。 b． 電子元器件的基體清洗：電子元器件的基體是由半導(dǎo)體材料制成并封裝在金屬或塑 料殼座中形成的，在封裝前，不但對殼座必須清洗，而且也必須對基體進(jìn)行清洗，如 IC 芯片、電阻、晶體、半導(dǎo)體、原膜電路等。 接插件、連接件、轉(zhuǎn)接器等器件的生產(chǎn)中，電鍍和組裝前也必須清洗，否則吸附在這些組裝零件上的灰塵、油污必將影響其導(dǎo)電和絕緣性能，特別是一些復(fù)雜的多芯連接器尤其如此。目前，不少企業(yè)開始進(jìn)行技術(shù)改造，采用超聲波清洗以消除傳統(tǒng)清洗的弊端，特別是一些形狀復(fù)雜的機(jī)械零件，是傳統(tǒng)清洗所無能為力的。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電 動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2。 測距的公式表示為： L=C T 式中 L 為測量的距離長度； C 為超聲波在空氣中的傳播速度； T 為測量距離傳播的時間差 (T 為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半 )。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用 LM92 溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補償后，我們設(shè)計的高精度超聲波測距儀能達(dá)到毫米級的測量精度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會 產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。 ： 由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。 超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一，下面以醫(yī)學(xué)為例子說明超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學(xué)原理，我們來看看其中有代表性的一種所謂的 A 型方法。 在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。 單片 機(jī) 單片機(jī)的簡介 單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)也被稱為 微控制器 （ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因為性價比不理 想并未得到很廣泛的應(yīng)用。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。事實上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī) 的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。 ： 即微控制器（ Micro Controller Unit）階 段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。 Philips 公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 （ 2） 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ： 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 （ 5） 單片機(jī)在 醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 ： 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 在大型電路中，這 種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。本文介紹的超聲測距系統(tǒng)共有 4 只超聲波換能器 (俗稱探頭 )， 分別布置在汽車的前左、前右、后左、后右 4 個位置上。其 能夠產(chǎn)生較穩(wěn)定的 40kHz 的基準(zhǔn)頻率脈沖信號，具有 MCLR 內(nèi)部復(fù)位，內(nèi)部自振試看門狗 (WDT)，多個特殊功能寄存器等特點。 （ 2）信號采集模塊：換能器經(jīng)信號放大和頻率選擇，最后通過整形 電路接受到一個正向的方波信號，送 PIC16C54處理。從發(fā)射開始一直到 “ 虛假反射波 ” 結(jié)束這段時間，通過軟件延時避開，從而不會處理虛假方波信號，可有效躲避干擾。因此 ， 為了方便處理發(fā)射的超聲波被調(diào)制成 40kHz 左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號 ，如圖 22 所示。單片機(jī)控制單元由單片機(jī)、電源、發(fā)射驅(qū)動、接收放大、通道選擇組成。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 注 ： RTCC 設(shè)置成內(nèi)部定時器時 (有程序設(shè)定 )， 這時應(yīng)將 RTCC 端接 VSS 或 VDD， 以避免干擾 。 工作原理 ： 若需要從 4路輸入中選擇第二路輸入 ， 假設(shè)使用的是 Y組 ， 那么單片機(jī)只需要分別給 A和 B送 1和 0即可選擇該路 ， 然后進(jìn)行相應(yīng)的處理 。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 超聲波發(fā)送 包括超聲波信號的產(chǎn)生、多路選擇及換能器等組成。脈沖發(fā)送間隔取決于要求測量的最大距離及測量通道數(shù)。例如 ： 最大測距范圍為 2m時 ， 脈沖間隔時間 t=2s/υ=22/340≈12 ms， 實際應(yīng)取 t≥12 ms。 說明 ： （ 1） 電阻 R2： 能夠防止 三極管 因 過電壓 而導(dǎo)致的反向擊穿 ； （ 2） 電容 C1： 可以有效的濾除自 流 +8V電壓中的雜波成份 。 超聲波接收 電路如圖 36所示 ： D A T AY0Y2YY3Y1I N HV E EV S SV D DX2X1XX0X3ABU1C D 4 05 2S P E A K E RR A 1R A 0O S C 1O S C 2V D DV D DR B 7R B 6R B 5R B 4R A 2R A 3T O C K 1M C L RV S SV S SR B 0R B 1R B 2R B 3U2P I C 1 6C 54S P E A K E RC2C A PC3C A PC1C2C3C4C6C5 C7C9C8C 101N 50 8C 11YC R Y S T A LD1D3D2T1N P NT2R4R 18R 1923 K R 25. 5K R 110 K R 730 0 R 510 K R 815 0K R 41K R 974 0 R 1023 5K R 1110 K R 1 530 0K R 1446 8 R 1250 8 R 135. 1 R 1610 K R 1 7N E 5 53 2 N E 5 53 2超聲波換能器M O T O R A CV C C2. 2K R 6R3+ 5VG N DO U T+ 5v+ 5V+ 5v4. 0M H z 圖 36 超聲波接收電路圖 工作原理 ： 通過超聲波換能器接受返回信號 ， 由于接 收信號太微弱 ， 先經(jīng)三極管初級放大 電路 提供 CD4052選通脈沖 ， 如圖 ： 若 X3有效 ， 則 X輸出選通信號 ； 反之 ， X沒有輸出脈沖信號 。 兩者串聯(lián)就組成了帶通濾波 電路 。波速與溫度關(guān) 系見表 31： 表 31 波速與溫度關(guān)系 溫度 /℃ 20 10 0 10 20 30 100 波速 m/s 319 325 323 338 344 349 386 時間計測 超聲波從發(fā)射到接收的間隔時間的測定是由單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)器來完成的。 微機(jī)控制部分 由單片機(jī)根據(jù)倒車信號和車速信號來控制多路選擇開關(guān) ， 以決定后左、后右(倒車 )和前左、前右 (前進(jìn) ) 4個通道分時工作的順序。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 本系統(tǒng)軟件分兩部分 ： 主機(jī)部分和顯示部分。雙色發(fā)光二極管用來指示左右方位 ， 同時單片機(jī)根據(jù)數(shù)值大小發(fā)出不同的報警聲音。 超聲波的接收與處理 接收頭采用與發(fā)射頭配對的 超聲波換能器 ，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，?jīng)運算放大器 NE5532A 和 NE5532B 兩極放大后加至PIC16C54。部分源程序如下： RECEIVE1： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX1 ；關(guān)外部中斷 1 JNB , RIGHT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序 JNB , LEFT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序 RETURN： SETB EX1；開外部中斷 1 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 5 誤差分析 本系統(tǒng)最大測距誤差在 8cm左右 ， 測距的盲區(qū)為 20cm。對于測距而言 ， 引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化 ， 可以采用聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測量結(jié)合的方法對聲速進(jìn)行修正 ， 可有效地消除溫度變化對精度的影響。超聲測距系統(tǒng)顯示單元和數(shù)據(jù)采集相互獨立 ， 可以同時進(jìn)行 ， 保證了測距數(shù)據(jù)的實時性。其