【正文】 電式陶瓷。由于超聲波在空氣傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇高頻率的傳感器，而長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。一 、超聲波接收傳感器及處理芯片 CX20226A傳感器課程設(shè)計(jì)12超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。因此超聲波接受傳感器應(yīng)該應(yīng)用集成電路 CX20226A，CX20226A 是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz 與測(cè)距的超聲波頻率 40kHz 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 CX20226A 接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 的大小，可以改變接收電路6C的靈敏度和抗干擾能力。此部分電路在集成芯片上二 、溫度傳感器的選擇大家知道，聲音在不同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。溫度傳感器有很多種，例如溫度傳感器 AD590。AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)。AD590 的測(cè)溫范圍為55℃～+150℃。AD590 的電源電壓范圍為 4V～30V。電源電壓可在 4V6V 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。輸出電阻為 710WM。它的精度高。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?！?。但是考慮到成本問(wèn)題我選用TS18B20數(shù)字溫度傳感器。該產(chǎn)品采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 至 無(wú)需備用電源測(cè)量。傳感器課程設(shè)計(jì)13溫度范圍為55176。C 至+125℃ 。10176。C 至+85176。C 范圍內(nèi)精度為177。176。C 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字格式最大值為750 毫秒用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) [7]。系統(tǒng)需要的元器件清單表 1 元器件清單序號(hào) 編號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量1 R10 電阻 100Ω 12 R14 電阻 1kΩ 203 R2/R3/R4/R7/R8/R12/R13電阻 10kΩ 84 R1 電阻 33kΩ 15 R5 電阻 16 R6 電阻 17 R9 電阻 18 R11 電阻 50kΩ 110 R15/R18 電阻 300kΩ 211 R16 電阻 112 R17 可變電阻 100kΩ 113 DS1/DS2/DS3/DS4 LED 415 C3/C8/C9/C10/C11/C13/C14/C16/C17電容 1016 C4/C5 電容 20pF 217 C6 電容 330Pf 218 C7 電解電容 47uF 519 C1 電解電容 1uF 521 C18/C20 電容 1000uF 222 C19/C21 電容 223 C2 電解電容 224 T/R 超聲波 TCT40 225 D1 二極管 1N4001 626 U3 變壓器 127 U4 反相器 CD4069 1傳感器課程設(shè)計(jì)1428 U5 蜂鳴器 131 Q1 三極管 S8050 634 X1 晶振 12MHz 1六、總結(jié)由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒(méi)有成功做出實(shí)物。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用 AT89C51 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0 口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 LED 數(shù)碼管。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試不會(huì)太難。一般只要電路焊接無(wú)誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。電路中除集成電路外，對(duì)各電子元件也無(wú)特別要求。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C16 的大小，以獲得合適的接受靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。傳感器課程設(shè)計(jì)15 參考文獻(xiàn)[1] 劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)，[M].北京：高等教育出版社，18.[2] 劉潤(rùn)華,劉立山 .模擬電子技術(shù)[J].(6):2123 .[3] 胡平．超聲波測(cè)距儀的研制[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化．2022，10．[4] 時(shí)德剛，劉嘩 .超聲波測(cè)距的研制[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制．2022，10．[5]華兵．MCS51 單片機(jī)原理應(yīng)用[M]．武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社．2022，5．[6]李華．MCU51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M]．北京：北京航天大學(xué)出版社．1993．[7]郁有文．傳感器原理及工程應(yīng)用[M]．西安:西安電子科技大學(xué)出版社．2022．東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱(chēng) 傳感器原理及應(yīng)用題目名稱(chēng) 超聲波測(cè)液位電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 職稱(chēng) 講師教授序號(hào) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 指 標(biāo) 滿(mǎn)分 評(píng)分1工作量、工作態(tài)度和出勤率按期圓滿(mǎn)的完成了規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求，工作努力，遵守紀(jì)律，出勤率高，工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，善于與他人合作。202 課程設(shè)計(jì)質(zhì)量課程設(shè)計(jì)選題合理，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)練準(zhǔn)確，分析問(wèn)題思路清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文理通順，撰寫(xiě)規(guī)范，圖表完備正確。453 創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)前人工作有一些改進(jìn)或有一定應(yīng)用價(jià)值。54 答辯 能正確回答指導(dǎo)教師所提出的問(wèn)題。 30總分評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師： 年 月 日