【正文】 STC12系列單片機(jī)是美國STC公司在8051單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對芯片內(nèi)核進(jìn)行了較大改進(jìn)后推出的一個增一強(qiáng)型功能的8051的單片機(jī)，具有很多很強(qiáng)的新功能。 微處理器電路原理圖 微處理器的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部方式。以防輸出電壓過高，所以在輸入端和輸出端之間跨接一個保護(hù)二極管V2(IN4007)，其具體作用是在輸入端短路時使輸入端和地之間的電容C0通過二極管放電，以保護(hù)集成穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整管[6]。單片機(jī)通過INT0引腳來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測INT1引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。(3)信噪比問題超聲波測距儀都有確定的量程。所以，在本實(shí)驗(yàn)中，我們選取了雙探頭的工作方式，減小盲區(qū)，同時提高檢測的距離精度。這就構(gòu)成了遠(yuǎn)限的問題。利用查詢或者中斷的方法便可以檢測出這些脈沖，便于測量出發(fā)射到接收到脈沖的時間。已知聲速v=344m/s(20℃時)。指向特性用指向圖表示。由圖知，f0為中心頻率，曲線在f0處最尖銳，輸出電信號的幅度最大，信號f0處接收靈敏度最高。將適當(dāng)?shù)慕蛔冸娦盘柺┘拥骄w上，品體將發(fā)生交替的壓縮和拉伸，因而產(chǎn)生振動，振動頻率與交變電壓的頻率相同，若把晶體藕合到彈性介質(zhì)中，晶體將充當(dāng)一個超聲源的作用，超聲波將被輻射到那種介質(zhì)中。壓電晶片共振板電極 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電式超聲傳感器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。由物理學(xué)可知，當(dāng)波在界面上產(chǎn)生反射時，入射角的正弦之比等于波速之比，當(dāng)入射波和反射波的波型相同時，波速相同，入射角度等于反射角。如在常溫下，空氣中的聲速約為334m/s，在水中的聲速約為1440m/s，而在鋼鐵中約為5000m/s。根據(jù)聲波振動頻率的范圍，可以分為次聲波、聲波、超聲波和特超聲波。意大利的Carullo等人介紹了一種自適應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)射特殊的波形來獲得好的回波包絡(luò)，設(shè)置一定的回波開啟電平，并采用自動增益的控制放大器?？蓛Υ?個測量數(shù)據(jù)或計算結(jié)果，可計算面積和體積。超聲波測距是一種利用超聲波特性、電子技術(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。和其他方法相比，如激光測距、微波測距等，由于聲波在空氣中傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光線和無線電波的傳播速度，對于時間測量精度的要求遠(yuǎn)小于激光測距、微波測距等系統(tǒng)，因而超聲波測距系統(tǒng)電路易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單和造價低，且超聲波在傳播過程中不受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各種場合均得到廣泛應(yīng)用。在社會生活中應(yīng)用超聲波測距技術(shù)已很廣泛，如汽車倒車?yán)走_(dá)、測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4米內(nèi)測距，盲區(qū)20厘米。但由于超聲波傳播聲時難于精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求更高的場合下的應(yīng)用。我國在該領(lǐng)域的發(fā)展相對國外還有很大差距，普遍存在產(chǎn)品性能指標(biāo)低、儀表可靠性差、企業(yè)技術(shù)力量及裝備差等問題。 國內(nèi)外的學(xué)者在提高超聲波測距精度方面也作了大量的研究，影響超聲波測距精度的因素包括所測的超聲波傳輸時間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，其中傳輸時間的精度影響較大。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。對于液體介質(zhì)，只能傳播縱波。在聲速已知的介質(zhì)中，可以利用身波傳播距離L和傳播時間t的關(guān)系L=vt，進(jìn)行超聲測距，超聲液位計和超聲測厚計就是這方面的典型應(yīng)用。超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，會發(fā)生能量的衰減，其產(chǎn)生原因可分為三個方面:(1)由于波前的擴(kuò)展而產(chǎn)生的能量損失；(2)超聲波在介質(zhì)中的散射而產(chǎn)生的能量損失，即散射衰減；(3)由于介質(zhì)內(nèi)耗所產(chǎn)生的吸收衰減。如電場反向，則形變亦相反。圖中，f0為超聲波發(fā)射器的中心頻率 ，在f0處，超聲波發(fā)射器產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說，在f0處所產(chǎn)生的超聲波聲壓能級最高。因此，超聲波接收器應(yīng)于輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限；，其原理為：檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波(假設(shè)傳播介質(zhì)為氣體)，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間即往返時間。本文主要用的是脈沖檢測法它是一種對有回波信號經(jīng)檢測電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行檢測的方法。當(dāng)液面離探頭越來越遠(yuǎn)時，接收信號與發(fā)射信號相隔時間越來越長，其幅值相應(yīng)的越來越小。而使用雙探頭方式，不僅可以增加探測距離，還可以減小盲區(qū)。減小盲區(qū)措施(1)壓縮發(fā)射脈沖寬度發(fā)射端采用減幅振蕩脈沖或單個脈沖，可使余震(拖尾)減少，此法常用于短距離測量距離。這時要求對環(huán)境噪聲進(jìn)行頻譜分析，盡量避免與噪聲頻率重疊。用L7805CV為主的電路將12V電壓轉(zhuǎn)換+5V電壓。穩(wěn)壓電路的作用是采取措施使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。經(jīng)過R6分壓后到達(dá)A966基極通過集電極輸出后經(jīng)過中周變壓器組成諧振回路，最終將頻率為40KHZ的信號作用于發(fā)射探頭上，使其產(chǎn)生共振后，發(fā)射出超聲波。也有一些遙控系統(tǒng)采用36KHz、40KHz、56KHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。 優(yōu)點(diǎn)：簡單易用，電路簡單，減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩。1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40KΩ。當(dāng) CX20106A 接收到40KHz的信號時，會在第7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號輸入。 就是根據(jù)這個特性在電路圖設(shè)計時將C7和C0并在一起后接到地上。而在共陰極接法中，剛好與共陽極接法相反。 具體設(shè)計步驟本次設(shè)計使用的是Protel99SE畫圖軟件電路工程設(shè)計部分它包括以下幾系統(tǒng)。在電路設(shè)計的整個過程中，圖紙的大小都可以不斷的調(diào)整，設(shè)置合適的圖紙大小是完成原理圖設(shè)計的第一步。6)原理圖的電氣檢查。通常的PCB板，包括頂層、底層和中間層，層與層之間是絕緣層，用于隔離布線層。4系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計的總體方案超聲波測距系統(tǒng)的軟件部分是針對系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，以軟件模塊化設(shè)計的思路來進(jìn)行設(shè)計的。由于采用的是12MHZ的晶振，計數(shù)器每記一個數(shù)就是1μs,當(dāng)主程序檢測到接受成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波往返所用的時間）按式()計算，即可得被測物體與測距離之間的距離，設(shè)計時取20℃時的聲速344m/s,則有 D=(vt)/2=172T0/10000cm ()其中：T0為計數(shù)器T0的計數(shù)值。定時器T1工作方式2，用于串口通訊，接受數(shù)據(jù)。這里的誤差包含兩種:一種是固定誤差—測量的起始位置與探頭的壓電晶片所在位置之間的距離，這種誤差不隨測量環(huán)境和距離的變化而變化。溫度對聲速的影響在空氣中測量距離時，根據(jù)超聲波測距公式L=CT，可知測距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。例如當(dāng)溫度0℃時超聲波速度是332m/s,根據(jù)不同的環(huán)境溫度確定聲速，以提高測距的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。針對精度的要求，提出了帶有溫度補(bǔ)償?shù)某暡ń缑鏅z測系統(tǒng)，并在軟件和硬件上實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。致謝歲月荏苒，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，汗水和淚水成為絲絲的記憶，酸酸的甜甜的一直回蕩。最后，衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的專家教授。s directivity diagram is given in this case by the expression （8）whereα is the value of the angle for the directivity diagram,Ymax is the maximum displacement of the cylinder39。11413頁[10] [M].機(jī)械工業(yè)出版社,1981：813頁[11] 胡瑞，[J].,(7):158頁[12] 李光飛,李良兒,[M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2005:2361頁[13] [M].北京航空航天大學(xué)出版社 , 2006 :134—137頁[14] 田立，[M].人民郵電出版社,2007：242260頁[15] 趙占林，[J].，12(6):144145頁[16] [J].,(7):8789頁附錄A 英文原文ULTASONIC RANGING IN AIRG. E. Rudashevski and A. A. Gorbatov UDC 534,: One of the most important problems in instrumentation technology is the remote,contactless measurement of distances in the order of to 10 m in a problem occurs,for instance,when measuring the relativethre edimensional position of separate machine members or structural possibilities for its solution are opened up by utilizing ultrasonic vibrations as an information physical properties of air,in which the measurements are made,permit vibrations to be employed at frequencies up to 500 kHz for distances up to m between a member and the transducer,or up to 60 kHz when ranging on obstacles located at distances up to 10 m. The problem of measuring distances in air is somewhat different from other problems in the a pplication of the possibility of using acoustic ranging for this purpose has been known for a long time,and at first glance appears very simple,nevertheless at the present time there are only a small number of developments using this method that are suitable for practical main difficulty here is in providing a reliable acoustic threedimensional contact with the test object during severe changes in the air39。本設(shè)計是在我的導(dǎo)師陳剛和胡瑞老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。(2)設(shè)計了以STC12C2052單片機(jī)為核心的超聲波界面檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示的特點(diǎn)。硬件電路引起的時間誤差由于收發(fā)電路對信號的處理會對回聲時間產(chǎn)生y個固定的延遲時間從而引出一定的測量誤差. 另外，在測量過程中測量的起始位置與探頭的壓電晶片所在位置之間一定的距離，也對測量結(jié)果造成一定的誤差，但是這種誤差不隨測量環(huán)境距離的變化而變化，屬于固定誤差。若超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測量100m距離所引起的測量誤差將達(dá)到5m，測量1m誤差將達(dá)到5mm?！　　　〕暡ǖ膫鞑ニ俣仁芸諝獾拿芏人绊?，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。（3）20mm以內(nèi)是盲區(qū)。由此，101/40000=250μs，即需要250μs一個的脈沖。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化合容易計算出距離，程序采用C語言編寫。軟件系統(tǒng)流程圖如圖所示。防止焊接時相鄰焊接點(diǎn)的多余焊錫短路。（2）印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。從元件庫中選取元件，布置到圖紙的合適位置，并對元件的名稱、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定，根據(jù)元件之間的走線等聯(lián)系對元件在工作平面上的位置驚醒調(diào)整和修改使得原理圖美觀而且易懂。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。① 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。顯示模塊選用3個共陰極段式LED數(shù)碼管來顯示測量結(jié)果，顯示范圍為0~999厘米。3）在一個大電容并連一個小電容的原因 大電容由于容量大，所以體積一般也比較大，且通常使用多層卷繞的方式制作，這就導(dǎo)致了大電容的分布電感比較大（也叫等效串聯(lián)電感，英文簡稱ESL）?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz與測距超聲波頻率4