【正文】 電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè) 、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中。 (3)超聲波的干涉 如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。 。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。 6 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。 （系統(tǒng)中應(yīng)用該式進(jìn)行溫度補(bǔ)償） 如果為了進(jìn)一步提高測量精度，本設(shè)計(jì)中將根據(jù)需要利用軟件方式增加角度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)： 2 2 2s l h?? 。不論超聲 波 傳感器的大小、形狀、靈敏度有何不同，其工作原理都有是一樣的 （ 都是利用壓電晶體將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)彈性能，即在媒質(zhì)中產(chǎn)生超聲 波 ）， 要提高超聲測量的精度或分辨力，必須從超聲波的發(fā)射和接收兩方面入手，這也是設(shè)計(jì)超聲測量儀器的關(guān)鍵和難點(diǎn) 所在 。發(fā)射電路設(shè)計(jì)的是 否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復(fù)性。 ，即凈輸入電流 I? 0，如把它理想化，則有 0?I ，但不是斷開，故常稱為虛斷。 12 圖 34 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 問題 2 軟件譯碼是將各數(shù)碼的筆劃信息構(gòu)成一個(gè)表格預(yù)儲于內(nèi)存，以后根據(jù)要顯示的每一數(shù)碼執(zhí)行一段查表程序，查得相應(yīng)筆劃信息再送數(shù)碼管顯示 。 OE 1 20 Vcc 1B 1 16 1C 1D 2 19 1Q 2B 2 15 2C 2D 3 18 2Q 3B 3 14 3C 3D 4 17 3Q 4B 4 13 4C 4D 5 16 4Q 5B 5 12 5C 5D 6 15 5Q 6B 6 11 6C 6D 7 14 6Q 7B 7 10 7C 7D 8 13 7Q 8B 8 9 COM 8D 9 12 8Q 9D 10 11 CLK 圖 36 74HC574引腳圖 圖 37 ULN2020引腳圖 表 31 74HC574功能表 INPUTS OUTPUT Q OE CLK D L ↑ H L ↑ L L H or L X H X X H L Q0 Z ULN2020 為顯示驅(qū)動(dòng)芯片，抬升單片機(jī)的輸出電流，提高負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。 如圖 41 所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系： 圖 41 系統(tǒng)軟件方框圖 系 統(tǒng)主程序： 17本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： (1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為 mm； (2)溫度每隔 900ms 采樣一次， DS18B20在 12位精度下轉(zhuǎn)換周期為 750ms ,故 900ms 滿足該速度要求；超聲波每隔 60ms 發(fā)送一次。 BUZZER=0。 display()。 20} 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序分析 實(shí)現(xiàn)溫度讀取功能 uint Read_Temperature(void) { uint c。 if(r){ { T_C=y。,39。}。 void BUMA(void)。 //定時(shí)器 0設(shè)定初值 TH1=0。_nop_()。} TMOD=0x11。 /} /****************轉(zhuǎn)換成 2 進(jìn)制 ***************/ void HEXtoBCD() { float tp。 tmp%=100。 return (t)。 DQ = 1。 Init_LCD()。amp。 for(b=16。 dat=1。 for (i = 8。 b = B20_RDAT()。 tmp=distance。 d=(c*t*)/2。 } /***************系統(tǒng)初始化 *************************/ void SYS_INIT() { uchar i。_nop_()。 //返回信號 sbit BUZZER =P3^7。 //LCD 忙 void Delay(uint time)。,39。 uchar numcode[10]={39。 return c。 CNT=0。 jsl=TL1。 for(i=0。第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。因此，動(dòng)態(tài)掃描用得更多。如圖 34（ a）所示數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部，由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)組成 8 字形的七段筆劃，分別編號為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g，還有一個(gè)為小數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為 DP。 L S 2U C M 4 02314111T L 0 8 2R2R3RpV C C V C CU0UiIfIi 圖 33前置放大電路圖 電路如圖 33 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 (Input Impedance))。 9 發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案 一、發(fā)射電路輸出波形分析 為獲得高分辨力，發(fā)射電路設(shè)計(jì)應(yīng)保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復(fù)性 。s(32 個(gè) 40KHz 脈沖方波 )的發(fā)射脈沖寬度，同時(shí)單片機(jī)編程避開盲區(qū)。表 27 列出了幾種溫度下的聲速： 表 27 聲速與溫度的關(guān)系表 溫度（攝氏度） － 30 － 20 － 10 0 10 20 30 100 聲速（米／秒） 313 319 325 323 338 344 349 386 在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速 c 是基本不變的，計(jì)算時(shí)取 c 為 340m/s。雙晶振子為正方形，正方形的左右兩邊由圓弧形凸起部分支撐著。 傳感器的主要組成部分是壓電晶片，當(dāng)壓 電晶片發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。 超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此， 利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，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。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。 整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號發(fā)射和接收、供電、溫度測量、顯示等模塊組成。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。另外程序控制單片機(jī)消除各探頭對發(fā)射和接收超聲波的影響?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個(gè)包括最大最小的揚(yáng)聲場。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，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)，產(chǎn)生超聲波。感器。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向 5在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。超聲波傳感器分通用型、寬頻帶型、耐高溫型、密封放水型等多種產(chǎn)品。 （系統(tǒng)中應(yīng)用該式進(jìn)行角度補(bǔ)償） 發(fā)射脈沖寬度 發(fā)射脈沖寬度決定了測距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同 時(shí)與信號的發(fā)射能量有關(guān)。 發(fā)射電路采用單片機(jī) 端口編程輸出 40KHz 左右的方波脈沖信號，同時(shí)開啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器 T0。 通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為 :單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射。 故可知本電路中 :U 0,0 ??? ??? UU ，且 I fi I? 所以有 11 iURRU 23??? (34) 上式表明 ，輸出電壓與輸入電壓成比例運(yùn)算關(guān)系，式中的負(fù)號表示 ?U 與 iU 反相。硬件譯碼則采用CD451 74LS4 74LS4 74LS4 74LS49 等 BCD 碼七段鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)芯片直接譯出筆劃信息。其引腳如圖 37 所示，其內(nèi)部含七對達(dá)林頓放大管，其主要功能 :當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平 。 (3)按鍵 S 為測量啟動(dòng)鍵； (4)系統(tǒng)采用 AT89S52的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； (5)沒有使用看門狗功能； (6)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測，避免直達(dá)信號造成誤判。 i=100000。 } puter()。 reset()。 21 if(tu==0)speed=332+T_C*。239。 uint num[29]={0}。 void B20_WDAT(uchar dat)。 TL1=0。_nop_()。 TH0 =0x15。 unsigned long int tmp。 num[27]=tmp/10。 } /***************18B20 復(fù)位函數(shù) ***********************/ void Init_18B20() 26{ DQ = 1。 if(DQ) dat |= 0x80。 Write_Comm(0x01)。(b29)) { d=numcode[num[b]]。 } Write_Comm(0xc0)。 DQ = 1。 uchar dat = 0。 a = B20_RDAT()。 num[13]=tmp/10(tmp/100)*10。 t=jsh*256+jsl120。 delay15(50)。_nop_()。 //發(fā)射超聲波 sbit CSBIN =P2^6。 //DS18B20 數(shù)字端口 sbit Busy = P0^7。739。 } 系統(tǒng)原理圖 22 源程序 include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar code dispBUF[33]={Temperature: Distance: mm }。} c=4。 P0=0。 jsh=TH1。 waitforstarting: while(START)。 其中， TC1602 第 4 腳 RS 為寄存器選擇，第 5 腳 RW 為讀寫信號線，第 6 腳 E 為使能端。但要求占用很多 I/O接口線和增用不少硬件芯片，成本較高。 LED 數(shù)碼管顯示與單片機(jī)接口通常涉及以下幾個(gè)問題 : 數(shù)碼管顯示用共陰極管還是共陽極管 問題 1 采用共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管沒有太明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。 前置放大電路單元的作用是對有用的信號進(jìn)行放大，并抑制其它的噪聲和干擾，從而達(dá)到最大信噪比，以利于后續(xù)電路的設(shè)計(jì)。圖中輸出端上拉電阻 R31， R32，一方面可以提高反向器 74HC04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。長距離 (2m外 )發(fā)射 800181。 7 圖 26 測距原理 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c 與空氣溫度有關(guān)，一般來說，溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加 米／秒。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板 (振動(dòng)板 )接到一個(gè)電極端，下面用引線直接接到另一個(gè)電極端。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。 v=331． 4+0． 607T (22) 式中， T 為實(shí)際溫度單位為℃， v 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為 m／ s。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。