【正文】 傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。在正常行駛時(shí),該系統(tǒng)不報(bào)警,當(dāng)自車(chē)與前車(chē)之間的距離小于所設(shè)定的安全距離并有可能發(fā)生碰撞時(shí),該系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信息,提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施,以避免碰撞事故的發(fā)生。根據(jù)聲學(xué)理論，超聲換能器的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率、超聲波傳播過(guò)程的能量衰減和回波接收電路的處理增益是影響超聲傳感器作用距離的主要因素。頻率高時(shí)，相應(yīng)地波長(zhǎng)將變短，因而波長(zhǎng)可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬。在高強(qiáng)度應(yīng)用類(lèi)中，超聲波通常是用來(lái)改變它所通過(guò)的物質(zhì)的性質(zhì)。在我國(guó)，解放前超聲的研究是個(gè)空白。因?yàn)槁暡ㄊ墙柚趥鞑ソ橘|(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而傳播的，其傳播方向與其振動(dòng)方向一致，所以空氣中的聲波屬于縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波。超聲波的特性除了與其諧振頻率有關(guān)，還與發(fā)射換能器的輻射面積有關(guān)。換能器處在接受狀態(tài)時(shí)，將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換成電能。 論文構(gòu)成主要由以下部分組成： 第1章主要介紹了本課題的背景意義和相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案 超聲波發(fā)生器及測(cè)距原理超聲波發(fā)生器的可分幾大類(lèi)，本節(jié)介紹壓電式發(fā)生器的原理和超聲波測(cè)距的原理。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射、接受電路以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。XTAL1和XTAL2外接晶體引線端：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于拉外部的時(shí)鐘脈沖信號(hào)[5]。 超聲波接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過(guò)程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大[1]。圖35 HCSR04超聲波集成模塊正面外觀圖圖36 HCSR04超聲波集成模塊背面外觀圖HCSR04型超聲波集成模塊的工作電壓為5 V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于2 mA的，工作時(shí)候可以比較穩(wěn)定。這樣不斷的循環(huán)周期測(cè)，就可以在不停地移動(dòng)的過(guò)程中測(cè)量距離值了。顯示模塊選用4位共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，此掃描方式能完全達(dá)到顯示要求。最后主程序通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說(shuō)明接收到了回波信號(hào)，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器T0和外部中斷0就立即被關(guān)閉，同時(shí)讀取時(shí)間值，并給回波接收標(biāo)志位清零即成功接收到回波信號(hào)。 beep()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 } }void init_timer(void){ TMOD = 0x11。 //允許T1中斷 TR1 = 1。超聲測(cè)距技術(shù)是一門(mén)融合了聲學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等多方面技術(shù)的學(xué)科，每一項(xiàng)技術(shù)的新發(fā)現(xiàn)都會(huì)推動(dòng)超聲學(xué)的進(jìn)展。致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用能力進(jìn)行的一次全面性的考察，也是提高基本能力的一種訓(xùn)練，培養(yǎng)能將所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的能力和能夠獨(dú)立地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決的能力，為以后打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。由于實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的匱乏，在許多地方難免有考慮不周全的，如果沒(méi)有仲老師的指導(dǎo)和督促，以及其他老師們和同學(xué)們的幫助和支持，沒(méi)有他們的幫助，完成這個(gè)設(shè)計(jì)是有一定的難度的。extern void init_timer(void)。unsigned int time = 0。 TH0 = 0。 //定時(shí)器1啟動(dòng)}//定時(shí)器0中斷void timer0()interrupt 1{ distance_flag = 1。 TX = 1。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 test_distance = time*。 disbuff[2] = (test_distance/10)%10。 } } else if(distance_flag=2000 amp。 if(beep_control_flag = 300) { beep_control_flag = 0。 } }/**********主程序**************/include void main(void){ init_timer()。 } }附錄3。 } P1 = ~positon[posit]。amp。 if(beep_control_flag = 700) { beep_control_flag = 0。 } else { disbuff[0] = test_distance/1000。 TH0 = 0。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 timer++。 //總中斷開(kāi)啟 ET1 = 1。 unsigned char posit = 0。endif/***************/include unsigned char distance_flag = 0。define RX P0_0define TX P0_1define beep_flag P1_0extern unsigned char distance_flag。老師的工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度也值得學(xué)習(xí)。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。//關(guān)閉計(jì)數(shù) distance_count()。 //允許T0中斷 EA = 1。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 SEG_display()。綜上所述可得到主程序流程圖，如下：開(kāi)始單片機(jī)初始化超聲波模塊復(fù)位發(fā)射超聲波并啟動(dòng)T1開(kāi)中斷接收到回波的同時(shí)中斷停止計(jì)算測(cè)量距離數(shù)碼管顯示距離+報(bào)警延時(shí)圖41 系統(tǒng)主程序流程圖 中斷處理程序流程負(fù)責(zé)計(jì)算測(cè)距儀與障礙物之間的距離是/INT0的中斷程序。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離、數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)碼管顯示。單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時(shí)比較煩索，而動(dòng)態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示再利用人眼的“視覺(jué)暫留”特性，這樣看出來(lái)的就是在顯示不同數(shù)值[9]。一個(gè)控制口發(fā)出一個(gè)10 us以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。圖34 超聲波接收電路 HCSR04超聲波集成模塊HCSR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路，本設(shè)計(jì)選用74LS04芯片進(jìn)行信號(hào)放大，超聲波發(fā)射電路如圖所示。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖作用[5]。AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。 (1)取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(電壓的幅值基本固定)與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。在軟件設(shè)計(jì)中采用不同模塊不同編程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本設(shè)計(jì)分別對(duì)系統(tǒng)的主程序模塊、中斷子程序模塊、超聲波測(cè)距模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊和數(shù)碼管的顯示模塊的各個(gè)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)利用一片AT89S52單片機(jī)對(duì)超聲波信號(hào)循環(huán)不斷地進(jìn)行發(fā)送和采集。換能器處在發(fā)射狀態(tài)時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換成聲能。顯然，聲波頻率愈高，聲能被吸收衰減愈大，聲波的傳播距離愈小；反之，聲波頻率愈低，聲能的吸收衰減愈小，聲波的傳播距離就愈大。在大氣條件下，超聲波在相同傳播介質(zhì)中的傳播速度是一樣的，而且，在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)，聲速是固定不變的。比如：自然界中許多動(dòng)物發(fā)出的聲音中就含有超聲成分，蝙蝠是最出名的。絕大多數(shù)情況是被測(cè)材料本身經(jīng)受不起結(jié)構(gòu)上的持久變形或是經(jīng)受不起