【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 聲。室內(nèi)環(huán)境中噪聲主要集中在低頻段，遠(yuǎn)離回波信號(hào)頻率，因此系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要有接收機(jī)的內(nèi)部噪聲決定，其功率譜寬度遠(yuǎn)大于接收機(jī)的通頻帶。我們可以近似的將其作為白噪聲處理，根據(jù)已有知識(shí)，輸入為已知信號(hào)加白噪聲的條件下，匹配濾波器的輸出信噪比最大。匹配濾波器具有以下特點(diǎn)：(1) 輸出最大信噪比與信號(hào)波形無關(guān)(2) 匹配濾波器對(duì)信號(hào)的幅度和時(shí)延具有適應(yīng)性，即對(duì)只有幅度和出現(xiàn)時(shí)間不同的信號(hào)，它們的匹配濾波器是相同的。(3) 匹配濾波器與相關(guān)接收和相關(guān)器具有等效性。實(shí)際上很難得到精確的匹配濾波器，由于單個(gè)射頻脈沖的頻譜是連續(xù)的，用普通的窄帶濾波器就能把其主峰部分濾波出來，適當(dāng)?shù)倪x擇濾波器的通帶寬度就能取得與匹配濾波器相差不多的效果。4．2超聲波接收電路超聲波接收單元中包括：模擬放大、濾波電路、電平轉(zhuǎn)換電路， 所示,模擬放大器選用高精度儀用放大器LM318 作為信號(hào)放大與濾波之用，它的14單位增益帶寬為15MHz，超出音頻范圍能夠滿足40kHz 的要求。 在放大電路的負(fù)反饋回路中接入電容C1構(gòu)成低通濾波器。電容的選擇可由公式f=1/2π RfC1求出，式中f0為采用的超聲波頻率，Rf為第一級(jí)的反饋電阻。 因?yàn)槎嘀C振蕩器中有高頻分量噪聲，所以通過低通濾波器將高頻噪聲濾掉。經(jīng)過2極放大后，通過電容耦合，信號(hào)與參考電壓比較產(chǎn)生高低電平，提供給單片機(jī)產(chǎn)生中斷。參考電壓設(shè)定為1V 左右，以提高靈敏度, 第2個(gè)比較器僅起反相作用。圖 接收電路號(hào),:，送出40KHz的超聲波脈沖信號(hào)，即大距離. 若在有效測(cè)距范圍內(nèi)有被測(cè)物體，則在后一次超聲波束發(fā)出之前應(yīng)當(dāng)接收到前一次發(fā)射的反射波，否則認(rèn)為前方無被測(cè)物體. 因此，按有效測(cè)距范圍可以估算出最短的脈沖間隔發(fā)送時(shí)間.15圖 發(fā)射與接收脈沖工作時(shí)序圖5 測(cè)溫芯 AD5905．1 AD590 簡(jiǎn)介（1）溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅廣泛應(yīng)用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動(dòng)化和過程檢測(cè)控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。AD590 溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)換為線性化電量測(cè)量，而且精確度高、互換性好、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，因此，可把輸出的電信號(hào)經(jīng) AD卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)采集 Vit 的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。把 AD590 用于改進(jìn)一部分物理實(shí)驗(yàn)，如空氣比熱容比的測(cè)量、金屬比熱容的測(cè)量及液氮汽化熱的測(cè)量等，都取得了良好的效果?？傊?，與水銀溫度計(jì)、銅康熱電偶溫度計(jì)及半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)相比，AD590 具有線性好、測(cè)溫不需參考點(diǎn)及消除電源波動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在常溫范圍內(nèi)可以取代它們，廣泛的應(yīng)用于科技和工業(yè)領(lǐng)域中。（2）集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 VBE 與熱力學(xué)溫度 T 和通過發(fā)射極電流 I 的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)： 式中，K—波爾茲常數(shù)； q—電子電荷絕對(duì)值。 （3）集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時(shí)輸出為 0，溫度 25℃時(shí)輸出 。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/K。165．1．1 AD590 的功能及特性 AD590 是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590 的后綴以 I，J，K，L，M 表示。AD590L，AD590M 一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖 1 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V＋；2 腳為電流輸出端 I0；3 腳為管殼，（1）流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K 式中： —流過器件（AD590）的電流，單位為 mA； T—熱力學(xué)溫度，單位為 K。 （2）AD590 的測(cè)溫范圍為55℃～+150 ℃。 （3）AD590 的電源電壓范圍為 4V～30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 （4）輸出電阻為 710MW。 （5）精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在55℃～+150 ℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為177?！?（6）AD590 的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：4～30V； 工作溫度： －55～＋150℃； 保存溫度：－65～＋175℃； 正向電壓：＋44V； 反向電壓：－20V； 焊接溫度（10 秒）：300℃； 靈敏度：1μA／K。5．2 AD590 的工作原理在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV／K 的電壓信號(hào)。是利用 ΔU BE特性的集成 PN 結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中 TT2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等；TT4 是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3 實(shí)質(zhì)上是由 n 個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4 的 n 倍。T3 和 T4 的發(fā)射結(jié)電壓 UBE3和 UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R 上，17所以 R 上端電壓為 ΔU BE。因此，電流 I1 為： I1＝ΔU BE／R＝（KT／q）（lnn）／R　對(duì)于 AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T 成正比，將此電流引至負(fù)載電阻 RL上便可得到與 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖 3 中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K 的 I 值。5．3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)　　在設(shè)計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于 AD590 為電流輸出元件，它的溫度每升高 1K，電流就增加 1μA。當(dāng) AD590 的電流通過一個(gè) 10kΩ 的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為 10mV，即轉(zhuǎn)換成 10mV／K，為了使此電阻精確（0．1％），可用一個(gè) 9．6kΩ 的電阻與一個(gè) 1kΩ 電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的 10kΩ。圖 5 所示是一個(gè)電流／電壓和絕對(duì)／攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器 A1 被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。而運(yùn)放 A2 的作用是把絕對(duì)溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給 A2 的同相輸入端輸入一個(gè)恒定的電壓（如 1．235V），然后將此電壓放大到 2．73V。這樣，A1 與 A2 輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。將 AD590 放入 0℃的冰水混合溶液中，A1 同相輸入端的電壓應(yīng)為 2．73V，同樣使 A2 的輸出電壓也為 2．73V，因此 A1與 A2 兩輸出端之間的電壓：　2．73－2．73＝0V 即對(duì)應(yīng)于 0℃。186 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲測(cè)距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。根據(jù)第二節(jié)所述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和所完成功能，系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1） 信號(hào)控制在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、遠(yuǎn)近檔開關(guān)、程控增益放大、檢波及峰值采樣、門限檢測(cè)的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲(chǔ)在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 主程序結(jié)構(gòu)主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中19完成的，在此過程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。 所示為系統(tǒng)的主程序流程。程序首先完成初始化過程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過程，即先調(diào)用近距發(fā)射子程序十遍，再調(diào)用遠(yuǎn)距發(fā)射子程序十遍。而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會(huì)判斷在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程。 中斷程序中斷服務(wù)程序是響應(yīng)單片機(jī)的外部中斷。在