【正文】 而經(jīng)常用于測(cè)量物體的距離 、 厚度 、 液位等領(lǐng)域。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中會(huì)發(fā)生衰減。通過超聲波方法制備納米材料，達(dá)到了目前采用激光、紫外線照射和熱電作用 等方法 所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，具有很好的前景。聲納是一種利用聲波在水下測(cè)定目標(biāo)距離和運(yùn)動(dòng)速度的儀器，其技術(shù)至今已有一百 多 年的歷史，它是 1906 年由英國(guó)海軍的劉易斯?尼克森所發(fā)明。 目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研制方面處于領(lǐng)先水平。 研究?jī)?nèi)容與方法 制作超聲波測(cè)距系統(tǒng)，并外加溫度補(bǔ)償使測(cè)距更精確。對(duì)超聲波測(cè)距原理和溫度補(bǔ)償進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹 ,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)各模塊進(jìn)行討論。 對(duì)這個(gè)課題設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié) ,并對(duì)設(shè)計(jì)發(fā)展前 景展望 。 圖 21 超聲波測(cè)距原理 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 21中被測(cè)距離為 H，兩探頭中心距離的一半用 M表示，超聲波單程所走過的距離用 L 表示，由圖可得 ?cosLH? (21) ? ?HMarctan?? (22) 將式 (22)帶入式 (21)得 ? ?? ?HMLH a r ct a nc o s? (23) 在整個(gè)傳播過程中，超聲波所走過的距離為 vtL?2 (24) 式中： v 為超聲波的傳播速度， t 為傳播時(shí)間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。為了消除多解，常常需要引入包絡(luò)檢測(cè)和采用發(fā)射多種不同頻率波的方式減小不確定度，這就使得該方法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化。 方案的總體設(shè)計(jì) 為方便檢修和維護(hù)硬件電路，設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。 圖 23 超聲波測(cè)距時(shí)序圖 方案論證 控制模塊 論證 控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能是能接收溫度模塊、時(shí)鐘模塊發(fā)送的信息，并將該信息進(jìn)行分析處理后發(fā)出控制指令控制顯示模塊的顯示內(nèi)容。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量， I/O 口的 引腳數(shù)量等。 超聲波傳感器選擇 超聲波傳感器有多種結(jié)構(gòu)形式，可分成直探頭 (接收縱波 )、斜探頭 (接收橫波 )、表面波探頭 (接收表面波 )、收發(fā)一體式探頭、收發(fā)分體式雙探頭等。 顯示模塊 論證 顯示模塊是該設(shè)計(jì)的顯示界面，它通過接收控制器發(fā)出的指令顯示相應(yīng)的內(nèi)容，簡(jiǎn)潔明了地體現(xiàn)出整個(gè)設(shè)計(jì)的功能。 （ 1）熱敏電阻 熱敏電阻可以將環(huán)境的溫度變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，通過 AD 轉(zhuǎn)換將信號(hào)傳輸給單 片機(jī)，測(cè)出當(dāng)前環(huán)境溫度，但阻值與溫度的關(guān)系非線性化嚴(yán)重，且不易互換。 STC12C5A60S2如圖 31 所示。 P0 口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時(shí) P0口就是一個(gè)真正的雙向口；而在沒有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以作為通用的 I/O 接口使用，但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口；另外， P0口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800μ A。 P3口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，此端接控制信息。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)該輸入的是低電平，要使單片機(jī)只訪問片外程序存儲(chǔ)器 ,這時(shí)該引腳必須保持低電平；而在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，用于施加 Vpp 編程電壓。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它 就成為超聲波接收器了。超聲波傳感器實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。 工作時(shí)，由單片機(jī) 產(chǎn)生 40kHz 的脈沖向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號(hào)，再經(jīng) 74LS04 放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去。 圖 36 超聲波接收電路電路圖 超聲波測(cè)距模塊 HCSR04 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， CX20216A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。一 有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，就能夠算出距離。第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線 。 圖 38 溫度傳感器電路圖 報(bào)警模塊 報(bào)警信號(hào)由單片機(jī) 口輸出提供聲響報(bào)警信號(hào)，電路主要由電阻、三極管 S901蜂鳴器組成。 C 語言運(yùn)用模塊化的思想，對(duì)不同功能模塊進(jìn)行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。 （ 2）定時(shí)器子程序。 綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 41 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 所示。進(jìn)入到測(cè)溫程序時(shí)，準(zhǔn)備讀溫度，開始 DS18B20 初始化，后判斷 DS18B20 是否存在。 主程序根據(jù)距離計(jì)算公式計(jì)算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的遠(yuǎn)近，通過 液晶屏 顯示，并且同時(shí)控制蜂鳴器。 系統(tǒng)硬件調(diào)試方法及過程 硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格以及各芯片的輸入輸出電壓是否符合設(shè)計(jì)要求，最后測(cè)試各硬件部 分能否完成本設(shè)計(jì)的功能。然后測(cè)試 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 個(gè)器件的電源，接地以及一些電平應(yīng)該固定的端口電壓。 調(diào)試現(xiàn)象 誤差分析 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的計(jì)算過程中無可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，以下對(duì)可能產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析： 環(huán)境對(duì)超聲波速度的影響 空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量和反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過根據(jù)測(cè)量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整比較電壓來減小這種誤差。 超聲波入射角影響 超聲波入射角也會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 本設(shè)計(jì)主要完成了以下幾方面的任務(wù)： 了解了超聲波測(cè)距原理和超聲波傳感器工作原理后完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)的性能和誤差進(jìn)行了分析； 完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)； 完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試； 實(shí)際測(cè)試證明，通過對(duì)超聲波倒車?yán)走_(dá) 系統(tǒng)的整體的設(shè)計(jì)研究，證明了超聲波測(cè)距系統(tǒng)對(duì)一般近距離的測(cè)距具有較高的精度，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，且成本低，有良好的性價(jià)比。但要注意接收電路中的諧振回路帶寬不能太窄，以免降低了電路的穩(wěn)定性。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] 趙小川 . 機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì) [M].北 京：北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 [2] 譚浩強(qiáng) . 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