【正文】 s directivity diagram is given in this case by the expression （8）Where α is the value of the angle for the directivity diagram, Y max is the maximum displacement of the cylinder39。s diameter to the wavelength d/λ as found from the following expression: (2)Where Jl is a Bessel function of the first order and α is the angle between a normal to the piston and a line projected from the center of the piston to the point of observation (radiation).From Eq.(2)it is readily found that a t w ot oo n e reduction in the sensitivity of a radiator with respect to sound pressure will occur at the angle（3）For angles α≤.(3)can be simplified to （4） where c is the velocity of sound in the media and f is the frequency of the radiated vibrations.It follows from Eq.(4)that when radiating into air where c=330 m/sec, the necessary diameter of the radiator for angle of the directivity diagram at the level of pressure taken with respect to the axis can be found to be （5）Where d is in cm, f is in kHz, and α is in degrees of angle.Curves are shown in plotted from Eq.(5)for six angles of a radiator39。由于本人知識(shí)水平有限，文中難免有錯(cuò)誤和不完善之處，謹(jǐn)請(qǐng)讀者提出批評(píng)和指正。論文的字里行問(wèn)都傾注了導(dǎo)師的關(guān)懷和心血。③ 超聲波傳感器模塊探頭相對(duì)安裝位置的影響，渡越時(shí)間延遲造成的誤差及其他誤差源的存在，從軟件角度，使用一些數(shù)據(jù)處理算法，消除誤差干擾，提高測(cè)量精度。③ 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主程序流程，分析各個(gè)子程序和主程序之間的關(guān)系，用C語(yǔ)言逐個(gè)實(shí)現(xiàn)了各自的功能模塊。本文以檢測(cè)距離為目標(biāo)，對(duì)超聲波的工作原理、超聲波測(cè)距主要誤差來(lái)源作了相應(yīng)的分析。有所不足的是，由于該超聲波測(cè)距系統(tǒng)對(duì)精度要求不是很高，所以沒(méi)考慮溫度補(bǔ)償?shù)却胧?，而且因?yàn)槟K自身原因，無(wú)法進(jìn)一步放大超聲波發(fā)生器的信號(hào)強(qiáng)度，所以且對(duì)較遠(yuǎn)距離的測(cè)量不準(zhǔn)確，因此有待進(jìn)一步改進(jìn)。濕度對(duì)超聲波衰減程度的影響聲波傳播過(guò)程中，聲壓的幅度由于媒質(zhì)中聲吸收而衰減，聲強(qiáng)隨頻高衰減增加，進(jìn)而濕度對(duì)超聲波衰減程度有一定的影響[15]。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返時(shí)間，即可求得距離。例如當(dāng)溫度0℃時(shí)超聲波速度是332m/s, 30℃時(shí)是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。溫度是影響聲速的主要因素[14]。液體的深度、溫度等因素會(huì)引起度變化，固體中彈性模量對(duì)聲速影響較密度影響更大。這里的誤差包含兩種：一種是固定誤差，測(cè)量的起始位置與探頭的壓電晶片所在位置之間的距離，這種誤差不隨測(cè)量環(huán)境和距離的變化而變化；另一種是可變誤差隨著距離的增大而增大，主要是由接收超聲波越過(guò)閥值的時(shí)間與超聲波實(shí)際到達(dá)探頭的時(shí)間不同引起的。第四章 超聲波測(cè)距的誤差分析第一節(jié) 超聲波測(cè)距測(cè)量結(jié)果一、測(cè)量結(jié)果硬件電路制作應(yīng)避免出現(xiàn)虛焊或焊接短路的情況，完成并調(diào)試好后，便可將程序文件下載到單片機(jī)芯片試運(yùn)行。 Write_Data(ASCII[12])。 Write_Data(ASCII[disbuff[0]])。 } disbuff[0]=mid%1000/100。 while(line_data[i]!=39。) { Write_Data(warning[i])。 } Write_Cmd(0x40|0x80)。 while(line_data[i]!=39。 mid=*p。//存儲(chǔ)鎖定當(dāng)前距離值 if(key2==0) break。按鍵key3實(shí)現(xiàn)將當(dāng)前值存入片內(nèi)寄存器功能，以供查詢調(diào)用。 Write_Data(ASCII[disbuff[2]])。 Write_Cmd(0x80+0x40)。 i++。 i=0。\039。 i++。 i=0。 /*顯示開及光標(biāo)設(shè)置*/}距離顯示程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示定時(shí)器T0測(cè)得的距離值s，并設(shè)定測(cè)量范圍為2cm3m，測(cè)量精度為cm，若超出或小于測(cè)量范圍則顯示警告“Warning”。 /*顯示關(guān)閉*/ Write_Cmd(0x01)。 Write_Cmd(0x38)。 }三、顯示程序設(shè)計(jì)LCD1602的初始化程序void LCD_Init(){ Write_Cmd(0x38)。 TH0=0。具體測(cè)距程序如下所示：void StartModule() //啟動(dòng)模塊{ Trig=1?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 軟件設(shè)計(jì)總體方案一、主程序設(shè)計(jì)總體思路系統(tǒng)的主要功能是距離測(cè)量，整個(gè)系統(tǒng)軟件程序包括主程序、測(cè)距子程序、顯示子程序、按鍵子程序、以及各種中斷子程序。另外，在硬件設(shè)計(jì)上也有很多不足，比如電路整體布局上欠考慮，一開始沒(méi)有很好的規(guī)劃，造成了跳線過(guò)多，硬件不夠美觀。主要特點(diǎn)： ① 單5V電源工作；② LinBiCMOSTM工藝技術(shù)；③ 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器；④ 177。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。所有的驅(qū)動(dòng)器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫(kù)中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。每個(gè)接收器將EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。四、按鍵電路考慮到實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的附加功能，本次設(shè)計(jì)一共設(shè)有5個(gè)4腳按鍵，分別對(duì)應(yīng)的功能是鎖定當(dāng)前值便于記錄、解鎖并繼續(xù)測(cè)距、在測(cè)距狀態(tài)下存儲(chǔ)當(dāng)前距離值、查詢已存的歷史值、返回測(cè)距。 LCD1602內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。LCD1602的指令說(shuō)明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，： 控制指令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。1602字符型LCD簡(jiǎn)介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。（2）、字符的顯示用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。其次，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，回波信號(hào)會(huì)非常微弱，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)電平幅值很小，故要經(jīng)過(guò)若干級(jí)放大，使輸出功率達(dá)到一定要求，并且為了防止信號(hào)出現(xiàn)較大的失真，接收電路可以保證有4MHz的帶寬。v是超聲波在空氣中傳播的速度。① P0：顯示電路數(shù)據(jù)接口；② ：LCD1602寄存器選擇信號(hào)線、讀寫信號(hào)線、使能信號(hào)線；③ ：按鍵電路；④ ：超聲波傳感器HCSR04信號(hào)返回線；⑤ ：超聲波傳感器HCSR04啟動(dòng)信號(hào)線；⑥ ：MAX232串口信號(hào)線；⑦ ：存入當(dāng)前距離值；⑧ ：查詢已存歷史距離值；⑨ XTALXTAL2：外部時(shí)鐘信號(hào)線[5]。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選[4]。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。按鍵電路提供了必要的附加功能[8]。為了減少盲區(qū)，超聲波發(fā)生器與超聲波接收器盡量縮小間距。第五節(jié) 本章小結(jié)超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。二、硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容硬件設(shè)計(jì)上考慮到制作成本以及鍛煉自己的動(dòng)手能力，選用萬(wàn)用板自己焊接電路，但是由于自己考慮不夠周全，硬件電路期間布局設(shè)計(jì)上造成跳線過(guò)多，設(shè)計(jì)外觀不夠美觀。然后分別從主程序、測(cè)距子程序、按鍵程序、顯示程序?qū)τ布δ艿膶?shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。然后分別著重介紹了單片機(jī)、顯示電路、測(cè)距模塊、按鍵電路、下載電路這幾個(gè)主要硬件的功能與應(yīng)用。首先介紹了超聲波的基本概念，然后介紹了超聲波傳感器，重點(diǎn)是壓電式傳感器。介紹了超聲波測(cè)距儀所應(yīng)用領(lǐng)域之廣，以及本次設(shè)計(jì)所應(yīng)用的工廠模具校正測(cè)量。而氣介式超聲回波測(cè)距儀，一般頻率都較低，易引入工業(yè)噪聲。再次，超聲波測(cè)距儀都有確定的量程。通過(guò)對(duì)溫度修正來(lái)校正聲速的方法，即用測(cè)溫元件測(cè)量實(shí)際環(huán)境。所以，在本實(shí)驗(yàn)中，我們選取了雙探頭的工作方式，減小盲區(qū)，同時(shí)提高檢測(cè)的距離精度。但是，當(dāng)探測(cè)距離很遠(yuǎn)時(shí)，為了增大發(fā)射功率，須采用特殊形式的大功率超聲發(fā)射傳感器，但這些傳感器的接收靈敏度一般很低，甚至無(wú)法用于接收，在這種情況下，選用兩個(gè)換能器分別用于發(fā)送和接收。這就構(gòu)成了遠(yuǎn)限的問(wèn)題。在使用一個(gè)探頭同時(shí)充當(dāng)發(fā)射和接收的情況下，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強(qiáng)達(dá)幾十伏甚至上百伏以上，雖然發(fā)射信號(hào)只維持一個(gè)極短的時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定的余振，因此在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)