【正文】 而經(jīng)常用于測量物體的距離 、 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發(fā)生衰減。通過超聲波方法制備納米材料，達到了目前采用激光、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定目標(biāo)距離和運動速度的儀器，其技術(shù)至今已有一百 多 年的歷史，它是 1906 年由英國海軍的劉易斯?尼克森所發(fā)明。 目前，發(fā)達國家在超聲波測距系統(tǒng)的研制方面處于領(lǐng)先水平。 研究內(nèi)容與方法 制作超聲波測距系統(tǒng)，并外加溫度補償使測距更精確。對超聲波測距原理和溫度補償進行簡要介紹 ,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求，設(shè)計出對測距系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對各模塊進行討論。 對這個課題設(shè)計進行總結(jié) ,并對設(shè)計發(fā)展前 景展望 。 圖 21 超聲波測距原理 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 21中被測距離為 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 為傳播時間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時間。為了消除多解，常常需要引入包絡(luò)檢測和采用發(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現(xiàn)復(fù)雜化。 方案的總體設(shè)計 為方便檢修和維護硬件電路，設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。 圖 23 超聲波測距時序圖 方案論證 控制模塊 論證 控制模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能是能接收溫度模塊、時鐘模塊發(fā)送的信息，并將該信息進行分析處理后發(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，簡潔明了地體現(xiàn)出整個設(shè)計的功能。 （ 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)換將信號傳輸給單 片機，測出當(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 口在有外部擴展存儲器時將會被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時 P0口就是一個真正的雙向口；而在沒有外部擴展存儲器時，P0口也可以作為通用的 I/O 接口使用，但此時只是一個準(zhǔn)雙向口；另外， P0口的輸出級具有驅(qū)動 8個 LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800μ A。 P3口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，此端接控制信息。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲器時，應(yīng)該輸入的是低電平，要使單片機只訪問片外程序存儲器 ,這時該引腳必須保持低電平；而在對 Flash 存儲器編程時，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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它 就成為超聲波接收器了。超聲波傳感器實際上是一種換能器，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，由單片機 產(chǎn)生 40kHz 的脈沖向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號，再經(jīng) 74LS04 放大電路放大后，驅(qū)動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超聲波集成模塊。一 有輸出就可以開定時器計時，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，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 報警模塊 報警信號由單片機 口輸出提供聲響報警信號，電路主要由電阻、三極管 S901蜂鳴器組成。 C 語言運用模塊化的思想，對不同功能模塊進行分別編程，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（論文） 22 所示。進入到測溫程序時，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)距離計算公式計算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的遠近，通過 液晶屏 顯示，并且同時控制蜂鳴器。 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)計要求，最后測試各硬件部 分能否完成本設(shè)計的功能。然后測試 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 個器件的電源，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)計和數(shù)據(jù)的計算過程中無可避免地會產(chǎn)生一定的誤差，以下對可能產(chǎn)生誤差的原因進行分析： 環(huán)境對超聲波速度的影響 空氣中傳播的超聲波是由機械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量和反抗壓縮變化力的作用，實現(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)測量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個數(shù)和動態(tài)調(diào)整比較電壓來減小這種誤差。 超聲波入射角影響 超聲波入射角也會對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 本設(shè)計主要完成了以下幾方面的任務(wù)： 了解了超聲波測距原理和超聲波傳感器工作原理后完成了系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對系統(tǒng)的性能和誤差進行了分析； 完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計； 完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試； 實際測試證明，通過對超聲波倒車?yán)走_ 系統(tǒng)的整體的設(shè)計研究，證明了超聲波測距系統(tǒng)對一般近距離的測距具有較高的精度，達到了系統(tǒng)設(shè)計的目的，且成本低，有良好的性價比。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（論文） 34 參考文獻 [1] 趙小川 . 機器人技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計 [M].北 京：北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 [2] 譚浩強 . 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