【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介（如B超等用作診斷）。 超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，它就可以通過(guò)與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)（用作治療）。 針對(duì)以上超聲波的優(yōu)點(diǎn)，超聲波的主要應(yīng)用領(lǐng)域有： （一）工程學(xué)方面的應(yīng)用：水下定位與通訊、地下資源勘查等 （二）生物學(xué)方面的應(yīng)用：剪切大分子、生物工程及處理種子等 （三）診斷學(xué)方面的應(yīng)用：A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等 （四）治療學(xué)方面的應(yīng)用：理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等 （五）機(jī)械學(xué)方面的應(yīng)用：防銹油脂的去除：量具刀具的清洗：機(jī)械零部件的除油除銹發(fā)動(dòng)機(jī)：化油器及汽車零件的清洗等 （六）表面處理方面的應(yīng)用：電鍍前的除油除銹：離子鍍前的清洗：磷化處理：清除積碳：氧化皮等 （七）超聲波清洗：清除污染物，疏通細(xì)小孔洞，如：清洗印章，古董修復(fù)和汽車電噴頭疏通等 （八）超聲波攪拌：加快溶解，提高均勻度，加快物理化學(xué)反應(yīng)，防止過(guò)腐蝕和加速油水乳化，如：溶劑染料混合和超聲磷化等 （九）超聲波凝聚：加速沉淀，分離，如：種子浮選和飲料除渣等 （十）超聲波殺菌：殺滅細(xì)菌及有機(jī)污染物，如：污水處理和除氣等 （十一）超聲波粉碎：降低溶質(zhì)顆粒度，如：細(xì)胞粉碎和化學(xué)檢測(cè)等 （十二）超聲波封孔：排除間隙氣體，提高整體密度，如：工件浸漆等 理論研究表明，在振幅相同的情況下，一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率很高，因而能量很大。在我國(guó)北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。 超聲波距離傳感器簡(jiǎn)介 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器, 它是通過(guò)傳送一個(gè)超聲波（遠(yuǎn)高于人的聽覺(jué)范圍）和提供一個(gè)對(duì)應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時(shí)間的輸出脈沖來(lái)工作的。超聲波傳感器在非接觸性測(cè)量方面的應(yīng)用非常廣泛，如檢測(cè)液體水位（特別是具有腐蝕性的液體，如硫酸、硝酸液體），汽車倒車防撞系統(tǒng)，金屬/非金屬探傷等，都可以用到超聲波距離傳感器。本章應(yīng)用位差超聲波距離傳感器作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的雙眼（測(cè)距范圍是：2厘米至3米），C51單片機(jī)作為機(jī)器人的大腦，隨時(shí)判斷和監(jiān)控前方障礙物的距離。圖23 位差超聲波傳感器測(cè)距示意圖 位差超聲波距離傳感器工作時(shí)序位差超聲波距離傳感器通過(guò)發(fā)射短超聲波爆裂，然后聽回音來(lái)探測(cè)物體。通過(guò)測(cè)量回波脈沖的寬度（即時(shí)間），就能計(jì)算出目標(biāo)的距離，在主機(jī)微控制器發(fā)送的觸發(fā)脈沖的控制下，位差超聲波傳感器發(fā)出一道短40 kHz的（超聲波）爆裂聲，此爆裂聲在空氣中以約1130英尺每秒的速度傳播，當(dāng)碰到物體時(shí)便反射回到傳感器，此時(shí)傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖，向主機(jī)微控制器表示回波被探測(cè)，這個(gè)脈沖寬度就是對(duì)應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時(shí)間。圖24 位差超聲波傳感器工作時(shí)序圖注意：位差超聲波距離傳感器在下列情況下不能精確地測(cè)量距離：a) 與物體距離大于3米；b) 與物體的表面形成的反射角太小，使聲音不能反映回到傳感器；c) 物體太小以致沒(méi)有足夠強(qiáng)度的聲音返回到傳感器。25 超聲波不能精確測(cè)距的三種情況第三章 超聲波導(dǎo)航系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)基于C51單片機(jī)的超聲波距離檢測(cè)電路原理如圖31所示。圖31 系統(tǒng)原理如圖33所示，單片機(jī)最小電路是由晶振電路和復(fù)位電路所組成。圖32片機(jī)最小電路晶振電路：AT89C51單片機(jī)的振蕩器輸入分別由引腳19（XTAL1）和引腳18（XTAL2）來(lái)完成。只要將這兩個(gè)引腳外接石英晶體和陶瓷電容，就可與CPU內(nèi)部組成完整的振蕩電路。 AT89C51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩器周期，因此一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如振蕩器的頻率為12MHz，一個(gè)振蕩器周期為1/12微秒，而一個(gè)機(jī)器周期為1微秒。復(fù)位電路：復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，復(fù)位信號(hào)送入RST后還要送至片內(nèi)的施密特觸發(fā)器，由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周器的S5P2時(shí)刻對(duì)觸發(fā)器輸出采樣信號(hào)，然后由內(nèi)部復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位操作所要的信號(hào)。一般的復(fù)位電路可分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位，我們?cè)诖诉x用的是按鍵復(fù)位。 上電自動(dòng)復(fù)位原理：RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，只要高電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的有效時(shí)間，就可以使單片機(jī)上電復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)電容充電實(shí)現(xiàn)的，上電瞬間，RST端電位與VCC相同，隨充電電流的減少，RST的電位逐漸下降，直到復(fù)位信號(hào)無(wú)效。按鍵復(fù)位在此不在作過(guò)多的介紹，其原理和上電復(fù)位是相同的。但其采用的是脈沖復(fù)位電路和電平復(fù)位電路兩種。發(fā)射電路主要由反向器74LS04(74HC04)和超聲波發(fā)射換能器T（發(fā)射端）構(gòu)成，單片機(jī)RB1端口輸出的40 kHz方渡信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后進(jìn)到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方渡信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。模塊，一方面可以提高反向器74LS04(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。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，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，這時(shí)它就是一個(gè)超聲渡發(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(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲渡接收換能器了。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。我們需要注意的是，超聲波在空氣中傳播時(shí)受到環(huán)境的影響衰減比較大，理論上講發(fā)射探頭的電壓越高，功率越大，發(fā)射的距離就越遠(yuǎn)。但是，傳感器的發(fā)射有其工作電壓的極限值，工作電壓超過(guò)了這個(gè)極限值之后，會(huì)對(duì)傳感器的內(nèi)部電路造成不可恢復(fù)的損害，這樣就并不能有效的發(fā)射出準(zhǔn)確的脈沖信號(hào)。圖33 超聲波發(fā)射電路圖集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 KHz與測(cè)距的超聲波頻率40 KHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。CX20106A的2號(hào)管腳是一個(gè)RC電路。電阻減小 電容增大 放大倍數(shù)增大。但是電阻太小也不行，會(huì)導(dǎo)致沒(méi)接受到信號(hào)7號(hào)管腳也有低電平產(chǎn)生。 這樣就不能準(zhǔn)確的測(cè)出距離了。所以網(wǎng)上的有些原理圖只能做個(gè)參考了。具體2號(hào)管腳的電容，電阻值要根據(jù)實(shí)際的調(diào)試電路來(lái)確定的。圖34 超聲波檢測(cè)接收電路圖 1602液晶顯示電路單片機(jī)將計(jì)算處理的結(jié)果采用1602液晶進(jìn)行顯示，顯示電路的電路原理圖如圖35所示圖 35 1602液晶顯示電路第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 根據(jù)超聲波傳感器的時(shí)序原理圖，應(yīng)用c51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)前方物體距離的測(cè)量并在LCD模塊上顯示。程序名：功 能：利用超聲波傳感器測(cè)距，并在LCD上顯示距離值。include include include define uint unsigned intdefine uchar unsig