【正文】 動(dòng)手能力得到很大的提高。 (2) 可靠性好，適應(yīng)范圍廣，單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它原件無(wú)法比擬的。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖34所示:圖 34 單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路圖4 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距器的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。 接收電路圖圖 33 超聲波檢測(cè)接收電路圖測(cè)距中，當(dāng)有障礙物時(shí)，超聲波回波返回，經(jīng)過(guò)接收放大后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)觸發(fā)AT89S51單片機(jī)的外部中斷，從而停止計(jì)時(shí)，計(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間，就是超聲波的傳輸時(shí)間。CX20226A 紅外遙控接收器集成電路的特性： CX20226A 是日本索尼公司生產(chǎn)的彩電專(zhuān)用紅外遙控接收器，采用單列 8 腳直插式，超小型封裝，＋5V 供電。上拉電阻 RR11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。單片機(jī)采用 89S51 或其兼容系列。在超聲波檢測(cè)中，接收信號(hào)的衰減總是比發(fā)射信號(hào)余振衰減慢的多。 測(cè)量盲區(qū)在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵(lì)傳感器的同時(shí)也進(jìn)入接收部分。聲速隨溫度變化公式為 V=＋(mm/ms)式中，T 是溫度。 系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 測(cè)距儀的工作頻率傳感器的工作頻率是測(cè)距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴(kuò)散和吸收損失、障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。而在 兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。所以，只要對(duì)這種材料加以交變電場(chǎng)，它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。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。 常見(jiàn)的測(cè)距法目前最常用的測(cè)距法有兩種:（1） 超聲波測(cè)距法:超聲波是頻率20kHz以上的機(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算出距離。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，可靠性高，具有斷電存儲(chǔ)功能，其串口可以方便用戶(hù)對(duì)儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及有關(guān)程序的開(kāi)發(fā)。1978 年 10 月，中國(guó)建筑科學(xué)院研制出 JC2 型便攜式超聲波檢測(cè)儀。該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。采用高精度視覺(jué)識(shí)別環(huán)境技術(shù)需要復(fù)雜的信息處理，且體積較大，價(jià)格昂貴。通過(guò)被待捕捉的獵物或障礙物反射回來(lái)的時(shí)間間隔長(zhǎng)短和反射回來(lái)的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判斷反射物的類(lèi)型及距離的遠(yuǎn)近。超聲檢測(cè)設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。利用超聲連續(xù)波的共振性質(zhì)，可以測(cè)量高壓容器、鍋爐、輪船甲板等的厚度或腐蝕程度，也可制成機(jī)械濾波器。超聲波與光波、電磁波、射線(xiàn)等檢測(cè)相比，其最大特點(diǎn)是穿透力強(qiáng)。它主要有以下特性：（1） 聲速特性　超聲波速度受介質(zhì)溫度、壓力等因素的影響，但在相同外部環(huán)境下，超聲波在同一介質(zhì)中的傳播速度是一常數(shù)。超聲技術(shù)是一門(mén)以物理、電子、機(jī)械、及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。在介紹了單片機(jī)性能和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了超聲波測(cè)距的發(fā)展及基本原理，介紹了傳感器的原理及特性。超聲檢測(cè)技術(shù)是利用超聲波在媒質(zhì)中的傳播特性（聲速、衰減、反射、聲阻抗等）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)非聲學(xué)量（如密度、濃度、強(qiáng)度、彈性、硬度、粘度、溫度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的測(cè)定。 Processor Ultrasonic 。與傳統(tǒng)超聲技術(shù)完全不同，新的超聲技術(shù)具有以下特點(diǎn)：在不破壞媒質(zhì)特性的情況下實(shí)現(xiàn)非接觸性測(cè)量，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量。超聲波為直線(xiàn)傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。超聲波在介質(zhì)(固體、液體、氣體)中傳播時(shí)，利用不同介質(zhì)的不同聲學(xué)特性對(duì)超聲波傳播的影響來(lái)探查物體和進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)稱(chēng)為超聲檢測(cè)。還可利用超聲波檢漏、測(cè)量液位、粘度、硬度和溫度等。從單片機(jī)呈現(xiàn)給用戶(hù)的供應(yīng)狀態(tài)來(lái)看，單片機(jī)產(chǎn)品僅是一塊集成電路芯片，即它的所有功能部件都是集成在一塊芯片上，所以稱(chēng)之為單片機(jī)（SingleChip Microputer） 。利用超聲波測(cè)距輔助機(jī)器人確定機(jī)器人自身位置和環(huán)境識(shí)別，從而準(zhǔn)確避開(kāi)障礙物按照預(yù)先規(guī)劃好的行進(jìn)方向行進(jìn)來(lái)完成預(yù)定任務(wù)。如英國(guó)的 UCT2 超聲波檢測(cè)儀，重達(dá) 24Kg，各單位積極開(kāi)展試驗(yàn)研究工作，在一些工程檢測(cè)中取得了較好的效果。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的推廣普及。隨后具有檢測(cè)，記錄，存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測(cè)分析儀相繼研制成功。儀器設(shè)計(jì)也應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，才能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。在測(cè)距時(shí)由于溫度變化，可通過(guò)溫度傳感器自動(dòng)探測(cè)環(huán)境溫度確定計(jì)算距離時(shí)的波速 C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過(guò)的路程，提高了測(cè)量精確度。我們選用超聲波測(cè)距法，這樣會(huì)使成本降低。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類(lèi)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。雙壓電晶片的等效電路如圖 21 所示， 為靜電電容，R 為陶瓷材料介電損耗，0C并聯(lián)電阻 Cm 和 Lm 為機(jī)械共振回路的電容和電感，Rm 為損耗串聯(lián)電阻。 超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的 SZWS4012M 發(fā)射型超聲波傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。超聲接收傳感器的頻率特性曲線(xiàn)和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。時(shí)聲壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。這樣傳感器方向性尖銳，且避開(kāi)了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對(duì)低頻有所增加，但不會(huì)給發(fā)射和接收帶來(lái)困難。但是根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，過(guò)寬的脈沖寬度會(huì)增加測(cè)量盲區(qū)，對(duì)接收回波及比較電路都造成一定困難。具體分析如下：當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射信號(hào)雖然只維持一個(gè)極短時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定余振（由于機(jī)械慣性作用） 。從距離上說(shuō)，根據(jù)盲區(qū)時(shí)間和聲速，就可以求得盲區(qū)距離。發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。圖 31 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波檢測(cè)接收電路 集成電路 CX20226A 簡(jiǎn)介集成電路 CX20226A 是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。（3） 寬頻帶濾波器:其頻帶范圍為30Hz60Hz，其中心頻率可調(diào)。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測(cè)量誤差。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(ct)/2 其中 d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程，c 為聲速。圖 41 為程序流程圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)啟 T 0調(diào)用顯示子程序測(cè)距成功標(biāo)志位為 1 ？禁止中斷調(diào)用計(jì)算距離子程序允許中斷標(biāo)志位清零顯示結(jié)果 0 . 5 秒開(kāi)啟 T 0YN圖 41 主程序流程圖 超聲波發(fā)射中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。而以單片機(jī)為核心的測(cè)距儀器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測(cè)、顯示、報(bào)警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠。通過(guò)對(duì)實(shí)際工程的了解、設(shè)計(jì)不但使我加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的全面認(rèn)識(shí)，更重要的是將理論知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐中，應(yīng)用到了實(shí)際工程中，真正做到了學(xué)以致用、理論與實(shí)踐相結(jié)合。[1] 占操，梁厚琴，曹燕．單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù)．電子技術(shù)，2022，3．[2] 杜華兵．MCS51 單片機(jī)原理應(yīng)用．武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2022，5．[3] 程繼興，劉霞．，2022，4．[4] 蘇偉，鞏壁建．超聲波測(cè)距誤差分析．傳感器技術(shù)，2022，6．[5] 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