【正文】 廣泛，可用于探傷、測距、測厚和自動控制等。它能在固體、液體和氣體中傳播。 (3) 表面波。聲波的頻率界限如圖 。而在固體介質(zhì)中，測量的量程比較短 (例如超聲波探傷，測工件厚度等 )，在液體和氣體中，測量的量程比較長 (例如空氣中的超聲波測距，海洋中測深度等 )，因此，氣體和液體中測量所選擇的聲波頻率就要比固體介質(zhì)中低。反過來，當壓電晶體的兩個表面受到電場作用時，它將沿一個方向膨脹，而沿另一個方向收縮，既電致伸縮現(xiàn)象 . 超聲波和其它波動一樣，可以在固體、液體和氣體 中傳播，并且和聲 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 波具有相同的速度，在兩種媒質(zhì)的交界面上，可以發(fā)生反射和折射 。如果超聲波的頻率不太高時，媒質(zhì)對超聲波的吸收和頻率的平方成正比，和速度的三次方成反比。 (3) 超聲波的聲壓幅很大，一個強度為 的聲壓幅達到 ，壓縮區(qū)和稀疏區(qū)之間的壓強差超過 10個大氣壓，而它們的相隔只有半個波長。根據(jù)這一公式，當超聲波由空氣到達水面或水中進入空氣時， %的能量都被反射。人聽不見看不著超聲波，它具有許多特點 : (1) 超聲波在均勻的氣體、液體和固體介質(zhì)中沿直線傳播。 (3) 超聲波傳播能童由換能器功率、頻率和介質(zhì)特性來決定。超聲波的頻率越高，波長越短，靈敏度就越高 。 正因為它的這些優(yōu)點，超聲波被廣泛用于各行各業(yè)，超聲波測距就是一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 1． 4． 2 超 聲波測距的應(yīng)用 利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等生物作為防御和捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不能被人們聽到的超聲波 (20Hz以上的機械波 )，借助空氣或其它介質(zhì)傳播。例如 :用超聲波探測海洋潛艇位置、魚群以及確定海底暗礁等障礙物形狀及位置。超聲波測距是一種非接觸式檢測方式，和紅外、激光及無線電測距相比，超聲波測距有其不受光線 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 影響，結(jié)構(gòu)和操作簡單，成本低等特點。另外用超聲波陣列來識別反射物的類型 (如平面、邊緣和墻角 )為其新應(yīng)用。目前相位探測法和聲譜輪廓分析法或?qū)⒍呓Y(jié)合起來的方法是主要的降低探測傳輸時間不確定度的方法。日本三菱電器公司的 Tomonori等人是采用兩種不同的發(fā)射頻率來發(fā)射超聲波，通過比較兩種回波的相位來決定回波的起點，也提高了 TOF的精度，從 而提高了超聲波的測距精度。在某些應(yīng)用場合，不需要非常高的精度，但需要較小的體積和小的盲區(qū)且成本較低 。隨著硬件的完成，我們對軟件的結(jié)構(gòu)有了最初的規(guī)劃，設(shè)計出和硬件相適應(yīng)的流程圖，設(shè)計的最后期盡量完成程序的編寫和調(diào)試，達到畢業(yè)設(shè)計 的要求。超聲波的發(fā)射是由開關(guān)狀態(tài)控制的，處于打開狀態(tài)時作為發(fā)射器發(fā)射超聲波，處于關(guān)閉狀態(tài)時作為接受器偵聽反射回的超聲波 . 測距傳感器能根據(jù)檢測到目標的距離得到連續(xù)的、線性的模擬量輸出，由于不受物體顏色和透明度的影響，它能很好地檢測出諸如光電傳感器檢測不到的物體。根據(jù)所采用的原理不同，測距傳感器可以分為以下幾種 : ① 電磁類測距傳感器 電磁類測距傳感器主要有三種類型，它們分別基于電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)、電渦流原理。通過適當?shù)臋z測電路，可從線圈中耗散功率的變化中，得出傳感器與外界物體之間的距離。由以上對于幾種感應(yīng)式傳感器的分析可以看出，它們存在一些相的缺陷 :這一類傳感器一般對于鐵磁材料比較敏感 。顯然，它們都不適用于超聲波料位計。并且由于內(nèi)部采用闡值判斷，不能起到精確測量的作用，而可能實現(xiàn)開關(guān)的工作方式 .因此，不適合精確的測距用途。 ④ 超聲波測距傳感器 在排除了以上幾種測距傳感器的條件下，我們選擇了超聲測距傳感器，作為超聲波料位計的主要傳感部件。由渡越時間和介質(zhì)中的聲速即可求得目標與傳感器之間的距離?，F(xiàn)在檢測超聲波普遍使用的是各種類型的壓電陶瓷振子。所謂反壓電效應(yīng)如圖 ，是在壓電 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 元件上施加電壓，元件就變形，即應(yīng)變。所以，具有反壓電效應(yīng)的材料受到電場作用時，就會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。在本課題中，我們認為超聲波傳感器使用在常溫常壓的工作環(huán)境中，這樣使問題得以簡化。利用這一特性，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時間間隔，從而達到測量距離的作用。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 2． 1． 3 超聲波測距傳感器的探測方式 超聲波傳感器進 行物體探測的兩種方式 :直接方式和反射方式 ,如圖 : 直接探測方式是將超聲波發(fā)送器和接收器面對面放置。 反射方式有兩種形式 .一種是使用一個發(fā)送器和一個接收器的獨立型，另一種是只使用一個既作發(fā)送器又作接收器的兼用性。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 我們通常用超聲波傳感器的反射方式進行測距，也就是采用回波測距法。因此，超聲波的頻率不能選的太大，太大會加速聲波的衰減，但也不能太小，太小會使引入的噪聲過大，而且頻率越低，則波長越長，測距的絕對誤差就越大 .在空氣媒質(zhì) 里，一般頻率選在幾十 KHz左右。 (2) 激光測距法 :激光測距法也可以利用回波法，或者利用激光測距儀，其工作原理如下 :氦氖激光器固定在基線上，在基線的一端由反射鏡將激光點射向被測物體，反射鏡固定在電動 機軸上，電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點穩(wěn)定地對被測目標掃描。 2． 2． 2 超聲波測距基本原理 單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 Ct，然后求出距離 S＝ Ct／ 2，式中的 C 為超聲波波速。 表 溫度與波速的關(guān)系表 溫度 /℃ 20 10 0 10 20 30 100 波速 /m/s 319 325 323 338 344 349 386 由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C 與溫度有關(guān)。 單片機 (AT89C51)發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，得出時間，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應(yīng)的計算結(jié)果被送至 LED 顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)將提示聲音報警電路報警。電路中反向器 F1~F4用 CC4069六反向器中的四個反向器，剩余兩個不用（輸入端應(yīng)接地）。發(fā)射超聲波信號大于 8m。 S是電源開關(guān)，按一下 S，便能驅(qū)動 T4016發(fā)射出一串 40kHZ超聲波信號。原理圖如圖 ： T 4 0 1 6V D1I N 4 1 4 8V T1 9 0 1 3 2V T2C11 0 0 μ++9 VSR15 . 1 KR25 1 0 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 (3) 40kHZ超聲波發(fā)射電路 三： 工作原理：由 VT VT2組成正反饋回授振蕩器。電感 L1與電容C2調(diào)諧在 40kHZ起作諧振作用。發(fā)射超聲波信號大于 8m。此電平控制 T4016 換能器發(fā)出 40kHZ超聲波。由LM555第 3腳輸出端驅(qū)動超聲波換能器 T4016，使之發(fā)射出超聲波信號。LM555可用 NE555直接替代，效果一樣。amp。由于增加了雙穩(wěn)電路，使之用于電燈、電扇、電視等電器遙控成為現(xiàn)實。由于該電路僅作單路信號放大，當發(fā)射機每發(fā)射一次超聲波信號時，接收機的繼電器吸合一次（吸合時間同發(fā)射機發(fā)射信號時間相同），無記憶保持功能。如靈敏度和抗干擾不夠，可檢查三極管的β值與電容 C4的容量是否偏差太大。 KR 4 0 1 6R11 5 KR25 1 0 KR35 1 0R55 1 0R45 1 0R66 8 KR72 KR82 . 7 KR91 0 KR1 01 0 KR1 11 0 KR22 KR1 32 0 KC2 0 . 0 1 μC3 2 0 0 0C5 0 . 0 1 μC4 2 0 0 0C6 0 . 0 2 μC7 1 μC8 0 . 1 μV T1 9 0 1 8 2V T2V T39 0 1 8V T49 0 1 5V T59 0 1 3V T69 0 1 3V T79 0 1 3V D1 I N 4 1 4 8V D2 I N 4 1 4 8V D3 V D4 V D5 ( 6 V )+ 6 VG N DV D6 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 圖 單穩(wěn)式超聲波接收器電路原理圖 R11 5 KKR 4 0 1 6R25 1 0 KR45 1 0R35 1 0R66 8 KR71 0 0R55 1 0R85 1 0C2 1 0 0 181。 說明： (1) 計數(shù)器由兩個 8位的加計數(shù)器 TLi 和 THi 組成，在不同的方式下，其組成結(jié)構(gòu)不同。 3． 1． 2 定時器 /計數(shù)器的 SFR 參與定時器 /計數(shù)器管理的 SFR由方式寄存器 TMOD和控制寄存器 TCON。 C/T=1 時，對外部計數(shù)； C/T=0 時，對內(nèi)部振蕩器 12 分頻計數(shù)。高 4 位用于定時器控制，低 4位用于外中斷控制。 TR1=0 時停止， TR1=1 時開啟。 TR0==時停止， TR0=1 時開啟。 IT1=0 時為電平觸發(fā)， IT1=1 時為下降沿邊沿觸發(fā)。 IT0=0 時為電平觸發(fā)， IT0=1 時為下降沿邊沿觸發(fā)。 (2) 方式 1 當 TMOD 中的 M0=1， M1=0 時，為 16 位計數(shù)或定時方式，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 (4) 方式 3 圖 方式 3時 T0的結(jié)構(gòu)圖 T0 為方式 3時， T1 作為波特率發(fā)生器，其 TF TR1 資源出借給 T0使用，而 T0 可以構(gòu)成兩個獨立的結(jié)構(gòu)，其中 TL0 構(gòu)成一個完整的 8 位定時器/計數(shù)器，而 TH0 則是一個僅能對晶振頻率 12分頻的定時器，其結(jié)構(gòu)如圖 T L i( 8 位 ）T h i( 8 位 ）1 / 1 2f o s cT F i 中 斷 請 求+T i 引 腳G A T EI N T iT R iC / T = 0C / T = 1T L 0( 8 位 ）1 / 1 2f o s cT F 0 中 斷 請 求+T i 引 腳G A T EI N T iT R iC / T = 0C / T = 1T L 0( 8 位 ）T F 11 / 1 2f o s c 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 所示。 3． 2． 1 中斷系統(tǒng)的基本組成 （ 1） 中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)行處理事件的中斷服務(wù)程序中去，完成后繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，這樣的過程叫中斷過程。 （ 4） 中斷請求標志：當中斷事件發(fā)生時，相應(yīng)的中斷請求標志 IE0、IE FT0、 FT TI/RI 被置 1。當發(fā)送數(shù)據(jù)完畢時， TI=1，表示幀發(fā)送完畢，請求中斷，也可供查詢。 (2) TCON 控制寄存器 TCON 是一個可位尋址的寄存器，字節(jié)地址為 88H，高 4 位用于定時器控制，低 4位 用于外中斷控制，其各位如下： TF1 TR1 TF0 YR0 IE1 IT1 IE0 IT0 用于定時器 用于外中斷 各位意義如下： TF1：定時器 /計數(shù)器 T1 溢出標志。 IE1：外中斷 1中斷請求標志位。 IE0：外中斷 0中斷請求標志位。 (3) 中斷允許寄存器 IE IE 為可為尋址寄存器，直接地址為 A8H，用于中斷的開放與關(guān)閉，其各位如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 EA ES ET1 EX1 ET0 EXO 各位意義如下： EA： CPU中斷總允許控制。 EX0： EX0=1 時為允許外部中斷 INT0 中斷。置 1 時為高優(yōu)先級，清零時為低優(yōu)先極，其各位如下： PS PT1 PX1 PT0 PX0 各位意義如下： PX0、 PX1：外部中斷源 INT0、 INT1 優(yōu)先級擇位