【正文】 大，一般超聲波在固體中傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。氣體中聲速受溫度的影響最大。受聲速受溫度的影響為 (41)20223c???????????????圖 48 為根據(jù)上式測(cè)量的溫度聲速圖。圖 48 空氣中溫度聲速圖由式(41)和圖 48 可見，當(dāng)溫度 θ 從 0～40℃變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生 7%的聲速變化，因此，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，計(jì)算時(shí)必須根據(jù)溫度進(jìn)行聲速修正。工業(yè)測(cè)量中，一般用公式計(jì)算超聲波在空氣中的傳播速度，即　 (43)???c 單片機(jī)時(shí)間分辨率的影響根據(jù)超聲波測(cè)距公式 ，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距tcl??離傳播的時(shí)間誤差引起的。不管是查詢發(fā)射波與回波，還是由其觸發(fā)單片機(jī)中斷再通過軟件啟停定時(shí)器，都需要一定的時(shí)候，中斷的方式誤差相對(duì)要小一些。相對(duì)而言，單片機(jī)的時(shí)間分辨率還是不太高，如晶振頻率為 12MHz 時(shí)，時(shí)間分辨32率為 1181。s。在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm 的誤差。使用的 12MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的 89C52單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到 1μs 的精度，因此系統(tǒng)采用 AT89C52 定時(shí)器既能保證時(shí)間誤差在 1mm 的測(cè)量范圍內(nèi)。 隨機(jī)誤差由于測(cè)量過程中的隨機(jī)誤差是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律變化的，為了減少其影響，可在同一位置處多次重復(fù)測(cè)量 xi，然后取平均值 x 作為測(cè)量的真值 [14]。 提高測(cè)距精度的方法上節(jié)分析了超聲波測(cè)距系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的一些原因，如何提高測(cè)量精度是超聲測(cè)距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測(cè)距精度的措施如下：1. 合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超聲測(cè)距的工作頻率選擇 40kHz 較為合適；發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于填充波周期的 10 倍以上，考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬 1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，速度快，脈沖發(fā)射周期可選短些。2. 在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)(AGC)及自動(dòng)增益負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)。因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用 AGC 電路使放大倍數(shù)隨測(cè)距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測(cè)量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。3. 提高計(jì)時(shí)精度，減少時(shí)間量化誤差。如采用芯片計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時(shí)間量化誤差造成的測(cè)距誤差就越小，例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)置計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率6MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 ，此時(shí)在空氣中的測(cè)距時(shí)間量化誤差為 ；當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 1MHz，此時(shí)測(cè)距時(shí)間量化誤差為 。若采用外部硬件計(jì)時(shí)電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時(shí)間量化誤差更小 [15]。4. 補(bǔ)償溫度對(duì)傳播聲速的影響。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與溫度、壓力等因數(shù)有33關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。溫度傳感器 LM92 的溫度測(cè)試分辨率為 ℃，－10℃ 至+85 ℃準(zhǔn)確度為177。℃，I2C 總線接口。用 AT89C51 的通用 I/O 端口能很容易的模擬 I2C 總線的讀寫時(shí)序，LM92高精度溫度測(cè)量能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。由 LM92 溫度傳感器和單片機(jī)組成的高精度超聲波測(cè)距已應(yīng)用在各種高精度測(cè)距的場(chǎng)合，如自動(dòng)氣象站中水氣日蒸發(fā)量的測(cè)試、自動(dòng)任意形狀物體密度測(cè)試儀等，它具有測(cè)試速度快，能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)，在工程上的開發(fā)與應(yīng)用前景廣闊 [12]。 本章小結(jié)在本章里，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了調(diào)試和分析。對(duì)于測(cè)距系統(tǒng)來說，誤差是不可避免的。如何減小系統(tǒng)的誤差，是設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)必需要考慮的問題。本章分析了各種產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因以及解決辦法，以更進(jìn)一步提高超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度。34結(jié) 論本課題介紹了一種基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)。給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細(xì)地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和超聲波測(cè)距儀的測(cè)距原理。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計(jì)測(cè)距電路。單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制部分，采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C52 芯片。驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的 40kHz 的方波信號(hào)，就是由單片機(jī)編程產(chǎn)生的。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74HC04 反向器，通過它對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)傳感器工作。接收電路采用的是 CX20226A，通過接收電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，最終再輸出負(fù)脈沖給單片機(jī)響應(yīng)中斷程序。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式。單片機(jī)內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。本課題所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有測(cè)量精度較高、速度快、控制簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)距范圍從 20cm 到 200cm，測(cè)量精度在177。5cm 內(nèi)。測(cè)距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和自動(dòng)控制場(chǎng)合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)?？傮w來說，最重要的是在本課題的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多知識(shí)，從中受益匪淺。了解了超聲波傳感器的原理，學(xué)會(huì)了各種放大電路的分析、設(shè)計(jì)，也掌握了單片機(jī)的開發(fā)過程和利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的方法。對(duì)一塊電路板的設(shè)計(jì)、焊板、調(diào)試、改進(jìn)等整個(gè)過程，有了更深入的理解和掌握。這些對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大幫助的。35致 謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我得幫助。在我畢業(yè)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感激。同時(shí)還要感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短 3 個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。同時(shí)，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示衷心地感謝！36參考文獻(xiàn) :[1]胡盛斌,羅均 ,[J].機(jī)電一體化,2022，(1):37—40.[2]路錦正,王建勤 ,[J],2022,21 (8):29.[3][J].研究與探索,2022(2).[4]張海鷹,高艷麗 .超聲波測(cè)距技術(shù)研究[J].儀表技術(shù),2022(9):58. [5]王紅云,姚志敏 ,[J].儀表技術(shù),2022(11):49.[6]何希才,薛永毅 .傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022:138152.[7][J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2022(4):23.[8]時(shí)德鋼,劉曄 ,[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2022,10( 7):480.[9][D].長(zhǎng)春理工大學(xué) .[10]王亞君,劉赫 ,[J].電腦學(xué)習(xí),2022 ,8(4):19. [11]李戈,孟祥杰 ,[J].測(cè)繪科學(xué),2022(7):60. [12]蘇煒,龔壁建 ,[J].傳感器技術(shù),2022,23(6):811.[13].柴鈺、黃向東、[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2022：102106.[14]羅忠輝,黃世慶 .提高超聲測(cè)距精度的方法[M].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2022,1:109.[15] LM92 溫度傳感器補(bǔ)償?shù)母呔瘸暡y(cè)距儀[M].,6:5859.37附錄：程序：includeinclude/*定義數(shù)據(jù)類型*/define uint unsigned intdefine uchar unsigned char/*定義系統(tǒng)常數(shù)*/long int time。 /* 時(shí)間 */bit CLflag。 /* 測(cè)量標(biāo)志 */char cshu。 /* 串?dāng)?shù) */define T12us (25612) /*定時(shí)器設(shè)初值 T=（256T12us）*12/12MHZ */sbit VOLCK=P1^0。 /* 發(fā)射 *///接收從P3^2口輸入，采用外部中斷方式sbit S1=P2^1。sbit S2=P2^3。sbit S3=P2^5。sbit S4=P2^7。char idata number[5]。 /* 存放距離顯示數(shù)據(jù) */char code table[] ={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x45,0xDF,0xD7}。 //數(shù)字09的編碼/* 通用延時(shí)子程序 */void delay( int j){ 38int i。 for(i=0。ij。) i++。 }void display(void) /* 顯示5位數(shù)據(jù) */{ P0=~table[number[4]]。S1=0。delay(200)。S1=1。P0=~(table[number[3]]|0x20)。S2=0。delay(200)。S2=1。P0=~table[number[2]]。S3=0。delay(200)。S3=1。P0=~table[number[1]]。S4=0。delay(200)。S4=1。}/* 初始化定時(shí)器,CTC0、CTC1用于定時(shí) */void init_CTC(void ){TMOD = 0x21。 /* 設(shè)CTC1工作于模式2 */39ET0 = 0。 /* 不允許CTC0 中斷 */}void init_INT( ) /* 外部中斷初始化為高優(yōu)先級(jí)，并開中斷 */{IP=0x01。 /* 置外部中斷 INT0優(yōu)先級(jí)為高 */TCON=0。 /* 設(shè)置外部中斷 0的中斷方式為電平觸發(fā) */}void Timetojuli(void) /* 將測(cè)量的時(shí)間轉(zhuǎn)換為距離 */{long i。i=(long)time*170。number[4]=i/10000000。 /* 十米 */i=inumber[4]*10000000。number[3]=i/1000000。 /* 米 */i=inumber[3]*1000000。number[2]=i/100000。 /* 分米 */i=inumber[2]*100000。number[1]=i/10000。 /* 厘米 */i=i(long)number[1]*10000。number[0]=i/1000。 /* 毫米 */}void serve_INT0( ) interrupt 0{/* 外部中斷0，用于檢測(cè)接收信號(hào) */40TR0=0。 /* 關(guān)閉定時(shí)器 0 */EX0=0。 /* 關(guān)中斷 */time=(long)TL0。time+=(long)TH0*256。Timetojuli()。 //更新一次數(shù)據(jù)CLflag=1。TH0=0。TL0=0。}void CTC0_INT ( ) interrupt 1{TR0=0。ET0=0。}/* CTC1中斷服務(wù)程序， 中斷一次,用于發(fā)射 */void CTC1_INT ( ) interrupt 3{VOLCK=~VOLCK。cshu++。}/*主程序*/void main(){41init_CTC( )。 /* 初始化定時(shí)器 */init_INT( )。 /* 初始化外部中斷 */CLflag=1。 /* 測(cè)量標(biāo)志 */cshu=0。 /* 傳數(shù) */delay(200)。 /*延時(shí)*/。IE=0x80。 /* 開中斷 */ET1=1。 ET0=1。TR1=0。 TR0=0。TL1=T12us。 TH1=T12us。while(1){CLflag=0。cshu=0。EX0=0。TH1=T12us。TL1=T12us。TL0 = 0。 TH0 = 0。 /* 定時(shí)器0的初始時(shí)間 */VOLCK=0。TR1=1。 /* 啟動(dòng)定時(shí)器 1，發(fā)送信號(hào) */while(cshu20) 。 /* 發(fā)20個(gè)脈沖串 */ TR1=0。TR0=1。 /* 啟動(dòng)定時(shí)器 0，開始記時(shí) */EX0=1。display()。}