【正文】 壓 p 和聲強 I 的衰減規(guī)律如下： Axepp ?? 0 AxeII 20 ?? 式中： 00,Ip —— 距離聲源 x=0 處的聲壓和聲強； x—— 超聲波與聲波間的距離； A—— 衰減系數(shù)，單位為 cmNp/ （奈培 /厘米）。當 ??? ?? 21 時， r? ??? dcos2? ；當 d 2?? 的奇數(shù)倍時，兩波相互抵消合成幅度為 0。有時足以達到破壞介質的程度。 壓電陶瓷片具有如下特性：當在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時，就會產生“壓電效應”，使壓電陶瓷也產生機械變形，這種機械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。超聲測距大致有以下方法： ① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離； ② 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波 的時間間隔 t，故被測距離為 S=1／ 2vt。超聲波測距適用于高云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 12 精度的中長距離測量。由于在這 的時間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離 如下： 圖 測距原理 超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如下圖所示： 圖 系統(tǒng)框圖 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 13 第三章 系統(tǒng)主要硬件設計 方案論證與比較 單片機采用 STC 公司的 STC90C52RD+，而超聲波發(fā)射和接收電路有多種，常用的電路如下： 1 超聲波發(fā)射電路 : (1) 分立元件構成的發(fā)射電路 圖 分立元件構成的超聲波發(fā)射電路 圖 是由兩只普通低頻小功率三極管 C9013 構成的振蕩、驅動電路，三極管 T T2 構成兩級放大器，但是由于超聲波發(fā)射頭的正反饋作用，這個原本是放大器的電路變成了振蕩器。該電路應使用雙極型 555（內部電路由普通三極管構成），不宜使用單極型 7555（內部電路由 CMOS電路構成，外部引腳與 555 相同），其原因是 7555 帶負載能力小。 圖 由非門構成的超聲波發(fā)射電路 2 超聲波接收電路： (1) 由分立元件構成的接收電路 圖 為由三極管 T1,T2 和若干電阻電容組成的兩級阻容耦合交流放大電路。 3）反相端對地不提供直流通路，因此通過隔直電容 2C 提供直流通路。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 17 在由集成電路構成的收發(fā)電路中，發(fā)射電路我們選用由非門構成，接收電路采用由紅外接收檢波芯片 CX20216 構成，主要是考慮到 系統(tǒng)的調試簡單、成本低、可靠性好。 (4) STC90C52RD+支持 ISP（在線編程），不需要把單片機從電路板取下來就可以擦寫程序。 (9) 獨特的 P4 口功能，實現(xiàn)最大限度 P 口利用。 復位電路 單片機在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖即可實現(xiàn)復位，上電復位和按鈕組合的復位電路如下： 在系統(tǒng)上電的瞬間， RST 與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升， RST 電位下降，于是在 RST 形成一個正脈沖。 R1 一般取 200? 。在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機械抖動。 圖 蜂鳴器電路 超聲波發(fā)送電路 超聲波發(fā)生器包括超聲波產生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號選用 CSB40T（其中心頻率為 40KHz）。這種方法的特點是無需驅動電路，但缺乏靈活性。本次設計為了降低調試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機上面的一種紅外接收檢波芯片CX20216，由于紅外遙控的中心頻率在 38KHz，和超聲波的 40KHz 很接近，所以可以用來做接收電路。 1 腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 3 腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量 大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 22 若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 6 腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 C，超聲波速度約增加 ， 我們 必須 考慮溫度補償，以使我們的設計更加精確，溫度的采集通常使用 DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如下圖所示。 C/LSB 形式表達。圖中的 R13 為上拉電阻，阻值選 5K左右。 第二腳 VCC： +5V電源。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 23 第五腳 RW:讀寫信號線。 第十六腳 BLK:背光電源負極輸入端。 1602通過 D0~D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù) 和指令。 電源電路 電源電路采用普通可調電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設計中需要用穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805來獲得穩(wěn)定的 +5V 直流電壓， LM7805引腳排列和典型應用如下圖： 圖 LM7805引腳和典型應用 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 25 圖 LM7805內部結構圖 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 26 表 LM7805電氣參數(shù) 本設計電源電路如下： 圖 電源電路 輸入電壓（ 21V）經過 7805的穩(wěn)壓輸出 +5V 的電壓，圖中的 IN4007為保護 7805，防止電源極性接反損壞 7805，濾波電容采用 100uF 電解和 104瓷片電容并聯(lián)使用，電磁兼容的實踐證明，兩個差 100倍的電容并聯(lián)使用效果很好。 (3)按鍵 S 為測量啟動鍵； (4)系統(tǒng)采用 90C52RD+的內時鐘： 12MHz； (5)沒有使用看門狗功能； (6)超聲波發(fā)送一定時間后才開始啟動檢測，避免直達信號造成誤判。i++) for(j=0。 //初始化 display()。i20。 //蜂鳴器鳴音一次提示按鍵按下 i=100000。 while(i)。 //啟動溫度轉換 while(1) { if(sta_flag) //60MS 到了，超聲波已經發(fā)送 { while(0==CSBIN)。 if(15==count) //1S 到，檢測溫度 { temp=wd()。 //刷新顯示 } puter()。 for(i=0。 TH0=0x15。 //超聲波發(fā)送關閉 CSBIN=1。 TL0=0xA0。 //標志置為 1 count++。 CNT=1。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 //延時避開直達信號 } 超聲波的接收和處理 超聲波由超聲波接收頭接收，經過 CX20216檢波放大變換后送到單片機的 ，程序中通過指令： Wile(0==CSBIN)； 來查詢，接收到超聲波信號后往下面執(zhí)行，進行計算處理。 (1)DS18B20的初始化 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 34 DS18B20的初始化的實質是使 DS18B20復位，主要是通過判斷存在脈沖的形式來實現(xiàn)的。 DQ = 0。 //稍做延時后 如果 x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 if(DQ) flag=0。寫入程序如下： /********************字節(jié)寫入函數(shù) *****************************/ void WriteOneChar(unsigned char dat)//寫一個字節(jié) { unsigned char i = 0。 DQ = datamp。 dat=1。 i 0。 // 給脈沖信號 if(DQ) dat |= 0x80。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 37 (4)DS18B20溫度讀取函數(shù) /*****************讀取溫度函數(shù) *******************/ uint wd(void) { unsigned int a = 0, b = 0, t = 0。 //讀取溫度寄存器 a = ReadOneChar()。 t = t | a。 uint t。 //計數(shù)時間 d=(c*t*)/2。 //開方運算 } 數(shù)據(jù)轉換程序 經過求的數(shù)據(jù)原碼無法直接用于顯示，必須轉換為 LCD 所接受的 BCD 碼的形式，而且在溫度補償和距離計算中沒有考慮小數(shù)點的存在，而實 際顯示必須考慮小數(shù)和有效位數(shù)，這樣就必須對數(shù)據(jù)進行取舍。 if(temp0x8000) tp=temp*。 } tp*=10。 //最高位加上負號 num[13]=tmp/10(tmp/100)*10。 num[26]=tmp/100。 num[28]=tmp/1。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 41 Write_Comm(0x01)。a++) { d=dispbuf[a]。 //待顯示的結果 } if(14==a) { d=0xdf。b33。(b29)) { d=numcode[num[b]]。 void Read_Busy(void)//讀忙信號判斷 { do{ Lcd_Data = 0xff。 delay()。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 43 RS = 0。 E = 1。 E = 0。 //稍微延時，等待 LCD 進入工作狀態(tài) 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 44 Write_Comm(0x01)。//文字不動，光標右移 Write_Comm(0x0c)。首先在軟件中找到我們設計用的元件，然后連接好電路圖，設置好各個元件的參數(shù)值，特別注意液晶顯示屏的連接需要接上拉電阻。由于是頻率比較高的信號（ 40KHz），所以不能通過二極管來觀察到，所以在仿真的時候 ，這時必須用示波器來查看，如圖： 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 46 圖 波形 從上圖看出， ，由于軟件是 間隔 60MS 發(fā)送一次 40KHz的信號，所以 可以 看到這樣的尖脈沖信號產生。溫度傳感器采用 DALLS 公司的 ： 圖 DALLS 的 DS18B20 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 48 Altium Designer 原理圖的繪制 （注：因為我英文屬于菜鳥級別，本文中的 Altium Designer 部分，多半為網(wǎng)友的杰作） Altium Desinger6是 Protel 的最新高端版本，其功能強大，集成原理圖設計， PCB設計，信號完整性分析， SPICE仿真， FPGA設計等。 繪制原理圖時注意：連線簡潔，在同一圖紙上元件線路多則使用網(wǎng)絡標號來表示， 而多張圖紙使用端口 Port 來連接他們： 連線要清楚的表示連接關系，當連接線路比較多而且集中時可以使用總線 來連接它們。建立之后必須和原理圖元件關聯(lián)起來。 (2) 大電流機械開關處并接火花抑制電路（一般為 RC 串聯(lián)電路， R 一般選擇幾千歐到幾十千歐，電容選擇 ）。