【正文】 最后還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的同學(xué)以及次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中所有給予過我?guī)椭娜?，是你們在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒有你們的幫助我也不可能這樣順利地結(jié)稿，還有在學(xué)校教授我知識(shí)的所有老師，在此一并表示深深的謝意。 當(dāng)然，這其中也有很多問題。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由3條指令構(gòu)成： NOPNOPERR軟件陷阱安排在以下四種地方：⑴未使用的中斷向量區(qū)。在軟件上，最為有效的方法就是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)。對于隨機(jī)干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。例如：單片機(jī)內(nèi)置計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率為6MHz時(shí)，；當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHz。但是，超聲波頻率越高，指向性越強(qiáng)，這一點(diǎn)有利于距離測量。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響即： （61）其中B為氣體的彈性模量，r為氣體的密度。（2）延時(shí)2微秒。 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH 00H,77H, 40H；共陰段碼表 “0”， “1”， “2”， “3”， “4”， “5”， “6”， “7”， “9”， “不亮”， “A”， “”測溫電路由美國DALLAS公司的DS18B20芯片完成，其初始化過程如下： DS18B20的初始化（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 主程序流程框圖主程序首先是對系統(tǒng)壞境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。I/O 端口的編程實(shí)際上就是根據(jù)應(yīng)用電路的具體功能和要求對 I/O 寄存器進(jìn)行編程。具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到前級(jí)放大濾波電路輸出是峰峰值為5V左右的連續(xù)正弦波信號(hào)的疊加，所以分別取U7=20K和U6=1K，則參考電壓為V=VccU7/(U6+U7)=51/21=238mV。因壓電效應(yīng)晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號(hào)電荷，電荷量很少，只能提供微小交變電壓信號(hào)，而不能提供電流信號(hào)。此外，發(fā)射波形應(yīng)盡量單純，即發(fā)射波的發(fā)射頻率應(yīng)近似為統(tǒng)一頻率的振動(dòng)波，以便于接受時(shí)可以采用濾波器進(jìn)行濾波消除干擾，和每次都接受同樣的振動(dòng)波峰。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。此時(shí)，從接收回波信號(hào)幅度和測量盲區(qū)兩個(gè)方面來衡量比較適中，并且接收準(zhǔn)確響應(yīng)速度快。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，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。1kHz頻帶寬2177。一般為幾度至幾十度。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率兒。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。Z1為第一介質(zhì)的聲阻抗。由于超聲是人耳聽不到的信號(hào)，直到18世紀(jì)，人們在研究蝙蝠、海豚等動(dòng)物時(shí)，才推測自然界中存在超聲。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。目前，相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結(jié)合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法。但當(dāng)時(shí)這種儀器只有個(gè)別科研單位使用，建工部門使用不多。超聲檢測的原理主要是利用超聲波作為載體，即通過超聲在媒質(zhì)中的傳播、散射、吸收、波形轉(zhuǎn)換等，提取反映媒質(zhì)木身特性或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，達(dá)到檢測媒質(zhì)性質(zhì)、物體形狀或幾何尺寸、內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)的目的。超聲波傳感器。針對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯示部分的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證。例如，傳統(tǒng)的如鋼卷尺接觸式測量儀器在測量一定距離時(shí)，這種儀器對高于3m的頂板安設(shè)困難，且測量不準(zhǔn)確。五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進(jìn)口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進(jìn)行仿制生產(chǎn)。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會(huì)帶來較大的測試誤差。我國兩千多年前的先秦時(shí)期，在樂律和樂器的研究方面，對聲學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。當(dāng)入射波和反射波的波形一樣時(shí)，波速一樣，入射角α即等于反射角α’。電聲型主要有:。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為兒交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。常見超聲波傳感器的中心頻率有有30KHz、4OKHz、75KHz、200KHz、400KHz等。木文中選用的探頭是4OKHz的收發(fā)分體式超聲傳感器，由一支發(fā)射傳感器UCMT40和一支接收傳感器UCMR4O組成，其特性參數(shù)如表21所示。傳感器的指向角是聲束半功率點(diǎn)的夾角，是影響測距的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，記為θ，它直接影響測量的分辨率。根據(jù)資料[13]，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時(shí)也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。3超聲波測距系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在以上的章節(jié)中，論文對于設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)范圍做了詳細(xì)的敘述，在本章當(dāng)中，將要詳細(xì)的對硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 圖31發(fā)射電路圖發(fā)射電路采用功率放大電路。這個(gè)部分非常關(guān)鍵，關(guān)系到以后電路是否能正常工作，還決定系統(tǒng)的精度問題。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。自減1，（R7）等于0，順序執(zhí)行；（R7）不等于0，就轉(zhuǎn)到DL2 DJNZ R6,DL1 ；自減1，（R6）等于0，順序執(zhí)行；（R6）不等于0，就轉(zhuǎn)到DL1 RET ；40H為最高位，42H為最低位，先掃描高位DISPLAY： MOV R1,40H MOV R5,0F7H ；11111011PLAY： MOV A,R5 MOV P0,FFH ；p0清0 MOV P2,A ；顯示（40H） MOV Ａ，R1 MOV DPTR,TAB MOVC A,A+ DPTR MOV P0,A LCALL DLIMS INC R1 MOV A,R5 JNB ,ENDOUT。（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。本文從引起超聲測距誤差的原因入手，分析了溫度對超聲波聲速的影響，回波檢測對時(shí)間測量的影響和超聲波傳感器所加電壓對測量精度和范圍的影響。其中b為空氣介質(zhì)常數(shù)，f為超聲波頻率。其提高測距精度的措施下：(1)合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超聲測距的工作頻率選擇f=40kHz 較為合適：發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于填充波周期的10倍以上即：T，考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，速度趕快，脈沖發(fā)射周期可選短些。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號(hào)中的噪音和干擾。輸出設(shè)備和慣性（響應(yīng)速度）與干擾的耐受能力也有很大關(guān)系。指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。最后，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合的綜合調(diào)試。致 謝本設(shè)計(jì)的完成是在郭偉老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。.[4]周應(yīng)華，蔡雪梅，[J].北京：裝備制造技術(shù),Equipment Manufacturing Technology,2008年11期.[5]童 峰,許水源,[J].廈門：廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),Journal of Xiamen University(Natural Science),1998年7月,第37卷,第4期[6][D].安徽：.[7][M].北京：工程質(zhì)量，1998年01期[8]胡永峰,[J].北京：現(xiàn)代電子技術(shù),2005,28[9]潘仲明,簡盈,[J].北京：傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2006,19[10][M].北京：北京電子工業(yè)出版社，2003年[11]范立南，李雪飛，尹授遠(yuǎn)．單片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京：人民郵電出版,2004．[12]（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.[13][M].北京：高等教育出版社,2000.[14]宋文緒，[M].北京：高等教育出版社，2004年1月[15]何希才，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年1月.[17]張和生，[J].北京：電子產(chǎn)品世界，2004年7月[18]孟立凡，[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005年1月.[19]張鵬，[J].山東：山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2003年2月[20]胡盛斌，[J].機(jī)電一體化，2003年第l期.[21]Philips Semiconduetors ADARL INGTON TRANSISTOR ARRAY[S].2001.[22]ATMEL Corporation Datasheet. AT89S518bit Microcontroller with 4K Bytes Flash[S].2000.[23]TEXAS INSTRUMENTS JFETINPUT OPERATIONAL AMPLIFIERS [S].1999.[24]Philips Semiconductors Datasheet,Low Powerful dual voltage parator LM393 [S]，2001.[25] Jack Blitg and Methods of Nondestructive amp。在已度過的大學(xué)時(shí)間里，我們大多數(shù)接觸的是理論課。本章主要結(jié)合硬件設(shè)計(jì)方案，給出具體實(shí)現(xiàn)時(shí)單片機(jī)涉及到的軟件結(jié)構(gòu)及其相關(guān)編程。另外，各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和CPU安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號(hào)，對于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測通道，CPU可以檢測通道來確定輸出結(jié)果的正確性。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比 ，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。有文獻(xiàn)表明，按下式計(jì)算聲速可以達(dá)到較高的精度：在空氣中，m/s；在海水中，C=1450+超聲測距常用壓電材料傳感器，例如TR40 壓電超聲傳感器。氣體的壓強(qiáng)為： （62）其中，R為普適常量 ，T為氣體溫度K(絕對溫度)，M為氣體分子量，103 kg/mol。（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。由于采用的是12MHZ的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1um，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式()計(jì)算，即可得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計(jì)使取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有d=(c*t)/2=172T0/1000 cm ()其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。 AT89C51單片機(jī)芯片3．6本章小結(jié)在本章中著重對硬件電路圖進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)闡述，硬件電路包括發(fā)射，接受放大，濾波，檢驗(yàn)等幾個(gè)電路部分，其中顯示部分為選用部分，在設(shè)計(jì)中主要依據(jù)模擬電路的基本設(shè)計(jì)思想來進(jìn)行設(shè)計(jì)。輸入信號(hào)低于238mV時(shí)，比較器輸出電壓為0V，利用此邊沿跳變來控制單片機(jī)中斷INT0，停止計(jì)時(shí)。圖32前置放大電路圖[13]電路如圖34所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗。發(fā)射電路的設(shè)計(jì)是否合理直接影響發(fā)射波的功率和重復(fù)性。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路、起振速度有少許影響， CC11可在20pF到100pF之間取值。木章主要在此基礎(chǔ)上就如何具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得：B=g25%pf2500177。一旦達(dá)到居里溫度點(diǎn)(573℃)，就完全喪失壓電性能。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率，利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。其具有下列的特性:把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變。這說明當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反得情況下，由于兩種介質(zhì)得聲阻抗相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同，聲波的波形也不同。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計(jì)新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計(jì)上有重大突破和創(chuàng)新，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。八十年代后期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號(hào)的數(shù)字化采集和分析成為可能。從此，無損檢測技術(shù)開始進(jìn)入有計(jì)劃，有目的的研究階段。 超聲波檢測技術(shù)發(fā)展綜述 高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標(biāo)志，而這是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的。Ultrasonic sensor。為達(dá)到不同的測距范圍，單片機(jī)可以根據(jù)軟件來設(shè)置遠(yuǎn)近兩種發(fā)射模式，即近距離測量時(shí)使用8個(gè)脈沖串，遠(yuǎn)距離測量時(shí)使用32個(gè)脈沖串來增強(qiáng)回波信號(hào)，根據(jù)回波信號(hào)特點(diǎn)來得到了最佳接收機(jī)的組成。隨著測距儀的技術(shù)進(jìn)步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。超聲波檢測儀器的研制生產(chǎn)，也大致按此規(guī)律發(fā)展變化。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應(yīng)用無損檢測技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度很快。第5章，對本文進(jìn)行總結(jié)，并對課題如果能進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)的展望，總結(jié)缺陷。⑵反射與折射當(dāng)聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)的波稱為反射波。