【文章內(nèi)容簡介】 它的頻率在 20Hz~20KHz 范圍內(nèi)，而超聲波是指頻率高于 20KHz 的機械波。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波） 。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn) 象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十 KHz，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在固體及液體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。常用的超聲波傳感器可以分為二大類，一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，如壓電式、磁致伸縮式超聲波發(fā)生器；二是用機械方式產(chǎn)生超聲波，有加爾統(tǒng)笛、 夜哨和氣流旋笛等。下面我們主要介紹 壓電式超聲波傳感器。 壓電式超聲波傳感器簡介 壓電式超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。 超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。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，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波（圖 ）。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 超聲波發(fā)生器 反之，如果兩電極間未外加電壓，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)化為電信號，這時他就成為超聲波接收器了，如圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 超聲波接收器 頻率特性 圖 超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度 圖 是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級和靈敏度。其中， 40KHz處為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在 40KHz 處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機械波最強，也就是說在 40KHz 處所產(chǎn)生的超聲 聲 壓能級最高。而在 40KHz 兩側(cè)，聲壓 能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 40KHz 的交流電壓來激勵。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。 曲線在40KHz 處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 40KHz 處接收靈敏度最高。因此， 超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R也有很大關(guān)系，如果 R很大 ，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上林敏度很高。如果 R較小，頻率特性變得光滑而具有較寬的寬帶，同時靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度?？紤]到實際工程測量要求，可以選用超聲波頻率 f=40kHz,波長 λ =。 指向特性 實際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點看成一個振蕩源，輻射出一個半球而波（子波），這些波沒有指向性。但離開超聲傳感器得空間某一點的聲壓是這些波疊加的結(jié)果（ 衍射），卻有一指向性。圖 是電路中選用的發(fā)射傳感器的指向圖。 圖 超聲波傳感器指向特性及結(jié)構(gòu) 超聲傳感器的指向圖由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0 度時電壓最大，角度逐漸增大時，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般為 40 到 80 度，課題要求發(fā)射傳感器的指向角度為 60 度。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 單片機倒車防撞報警系統(tǒng)各組成單元方案設(shè)計 發(fā)射接收電路方案設(shè)計 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計 系統(tǒng) 報警電路設(shè)計 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 單片機復(fù)位電路 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 時鐘電路 穩(wěn)壓 電源 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 4 系統(tǒng)硬件及軟件實現(xiàn) 單片機的選擇 本系統(tǒng)中所用到的主要芯片有單片機 AT89C5 CC406 CX20216。以下就部分芯片的功能與結(jié)構(gòu)做簡單的介紹。 AT89C51 是美國 ATMEL公司所生產(chǎn)低電壓，高性能 8 位單片機，內(nèi)含 4K bytes的反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PERONM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU） 和 Flash 存儲單元，功能強大，性價比高，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 的主要性能參數(shù) 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz— 24MHz 三級加密程序存儲器 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 AT89C51 的結(jié)構(gòu) AT89C51 的結(jié)構(gòu)如圖 所示 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 AT89C51 的結(jié)構(gòu)框圖 CX20216 芯片介紹 使用 CX20216A 集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾鏡。其總放大增益 80db。以下是 CX2021A 的引腳注釋。 1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40KΩ。 2腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R1或減小 C1，將使反饋量增大。但 C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R1= ,C1=1Μ f。 ：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為 平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 f。 4腳：接地端 。 5 腳 。該腳與電源間接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ時， f0≈ 42kHz，若取 R=220KΩ，則中心頻率 f0≈ 38kHz。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 6 腳：該腳與地之間接一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330Ph，如果