【文章內(nèi)容簡介】 它可以作為探測與負(fù)載信息的載體或媒介（如B超等用作診斷）。 超聲波同時又是一種能量形式，當(dāng)其強度超過一定值時，它就可以通過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）。 針對以上超聲波的優(yōu)點，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）機械學(xué)方面的應(yīng)用：防銹油脂的去除：量具刀具的清洗：機械零部件的除油除銹發(fā)動機：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，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大。在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會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, 它是通過傳送一個超聲波（遠(yuǎn)高于人的聽覺范圍）和提供一個對應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時間的輸出脈沖來工作的。超聲波傳感器在非接觸性測量方面的應(yīng)用非常廣泛，如檢測液體水位（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器人運動的雙眼（測距范圍是：2厘米至3米），C51單片機作為機器人的大腦，隨時判斷和監(jiān)控前方障礙物的距離。圖23 位差超聲波傳感器測距示意圖 位差超聲波距離傳感器工作時序位差超聲波距離傳感器通過發(fā)射短超聲波爆裂，然后聽回音來探測物體。通過測量回波脈沖的寬度（即時間），就能計算出目標(biāo)的距離，在主機微控制器發(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)碰到物體時便反射回到傳感器，此時傳感器會產(chǎn)生一個輸出脈沖，向主機微控制器表示回波被探測，這個脈沖寬度就是對應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時間。圖24 位差超聲波傳感器工作時序圖注意：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) 物體太小以致沒有足夠強度的聲音返回到傳感器。25 超聲波不能精確測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)計基于C51單片機的超聲波距離檢測電路原理如圖31所示。圖31 系統(tǒng)原理如圖33所示，單片機最小電路是由晶振電路和復(fù)位電路所組成。圖32片機最小電路晶振電路：AT89C51單片機的振蕩器輸入分別由引腳19（XTAL1）和引腳18（XTAL2）來完成。只要將這兩個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單片機的一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩器周期，因此一個機器周期共有12個振蕩周期，如振蕩器的頻率為12MHz，一個振蕩器周期為1/12微秒，而一個機器周期為1微秒。復(fù)位電路：復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號，復(fù)位信號送入RST后還要送至片內(nèi)的施密特觸發(fā)器，由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周器的S5P2時刻對觸發(fā)器輸出采樣信號，然后由內(nèi)部復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位操作所要的信號。一般的復(fù)位電路可分為上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位，我們在此選用的是按鍵復(fù)位。 上電自動復(fù)位原理：RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，只要高電平的復(fù)位信號持續(xù)兩個機器周期以上的有效時間，就可以使單片機上電復(fù)位。上電自動復(fù)位是通過電容充電實現(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)位信號無效。按鍵復(fù)位在此不在作過多的介紹，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RB1端口輸出的40 kHz方渡信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后進(jìn)到超聲波換能器的另一個電極。用這種推挽形式將方渡信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。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間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的，它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，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲渡發(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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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，工作電壓超過了這個極限值之后，會對傳感器的內(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。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，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 KHz與測距的超聲波頻率40 KHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。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號管腳是一個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，會導(dǎo)致沒接受到信號7號管腳也有低電平產(chǎn)生。 這樣就不能準(zhǔn)確的測出距離了。所以網(wǎng)上的有些原理圖只能做個參考了。具體2號管腳的電容，電阻值要根據(jù)實際的調(diào)試電路來確定的。圖34 超聲波檢測接收電路圖 1602液晶顯示電路單片機將計算處理的結(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 根據(jù)超聲波傳感器的時序原理圖，應(yīng)用c51單片機定時/計數(shù)器實現(xiàn)對前方物體距離的測量并在LCD模塊上顯示。程序名：功 能：利用超聲波傳感器測距，并在LCD上顯示距離值。include include include define uint unsigned intdefine uchar unsig