【正文】 s directivity diagram is given in this case by the expression （8）whereα is the value of the angle for the directivity diagram,Ymax is the maximum displacement of the cylinder39。s divergence angle requires an increased radiator diameter.In fact,the diameter of thesonicatedspot is controlled by two variables,namely:the diameter of the radiator and the divergence angle of the sound the general case the minimum diameter of thesonicatedspot Dmin on a plane surface normally disposed to the radiator39。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 medimaa and f is the frequency of the radiated vibrations.It follows from Eq.(4)that when radiating into air where c=330 m/s e c,the necessary diameter of the radiator for a spedfied angle of the directivity diagram at the level of pressure taken with respect to the axis can befound to be （5） where disincm,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。11413頁[10] [M].機(jī)械工業(yè)出版社,1981：813頁[11] 胡瑞，[J].,(7):158頁[12] 李光飛,李良兒,[M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2005:2361頁[13] [M].北京航空航天大學(xué)出版社 , 2006 :134—137頁[14] 田立，[M].人民郵電出版社,2007：242260頁[15] 趙占林，[J].，12(6):144145頁[16] [J].,(7):8789頁附錄A 英文原文ULTASONIC RANGING IN AIRG. E. Rudashevski and A. A. Gorbatov UDC 534,: One of the most important problems in instrumentation technology is the remote,contactless measurement of distances in the order of to 10 m in a problem occurs,for instance,when measuring the relativethre edimensional position of separate machine members or structural possibilities for its solution are opened up by utilizing ultrasonic vibrations as an information physical properties of air,in which the measurements are made,permit vibrations to be employed at frequencies up to 500 kHz for distances up to m between a member and the transducer,or up to 60 kHz when ranging on obstacles located at distances up to 10 m. The problem of measuring distances in air is somewhat different from other problems in the a pplication of the possibility of using acoustic ranging for this purpose has been known for a long time,and at first glance appears very simple,nevertheless at the present time there are only a small number of developments using this method that are suitable for practical main difficulty here is in providing a reliable acoustic threedimensional contact with the test object during severe changes in the air39。最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家教授。在課題設(shè)計(jì)過程中還得到了李斌、周錫青老師和許多同學(xué)的幫助，正是在各位老師的大力支持和各位同學(xué)的通力協(xié)助下，我才得以順利完成學(xué)位論文，在此一并表示深深的謝意。她們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。本設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師陳剛和胡瑞老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。致謝歲月荏苒，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，汗水和淚水成為絲絲的記憶，酸酸的甜甜的一直回蕩。(2)由于受實(shí)驗(yàn)條件的限制，本設(shè)計(jì)未能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，所有實(shí)驗(yàn)僅局限于實(shí)驗(yàn)室，這與實(shí)際測量有一定差距。由于個(gè)人能力及試驗(yàn)條件有限，我的設(shè)計(jì)還有很多不足之處，系統(tǒng)雖然能實(shí)現(xiàn)基本的功能，但投入使用時(shí)仍需要對系統(tǒng)作進(jìn)一步的完善和提高：(1)超聲波的測量距離與環(huán)境直接相關(guān)，由于本設(shè)計(jì)中所用設(shè)定溫度為常溫，故應(yīng)用范圍相對較小。(2)設(shè)計(jì)了以STC12C2052單片機(jī)為核心的超聲波界面檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示的特點(diǎn)。針對精度的要求，提出了帶有溫度補(bǔ)償?shù)某暡ń缑鏅z測系統(tǒng)，并在軟件和硬件上實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的超聲波測距儀，可以對不同距離進(jìn)行測試，并可以進(jìn)行一定的誤差分析。結(jié) 論隨著社會的發(fā)展，人們對距離或長度測量的要求越來越高。硬件電路引起的時(shí)間誤差由于收發(fā)電路對信號的處理會對回聲時(shí)間產(chǎn)生y個(gè)固定的延遲時(shí)間從而引出一定的測量誤差. 另外，在測量過程中測量的起始位置與探頭的壓電晶片所在位置之間一定的距離，也對測量結(jié)果造成一定的誤差，但是這種誤差不隨測量環(huán)境距離的變化而變化，屬于固定誤差。根據(jù)不同的環(huán)境溫度確定聲速，以提高測距的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)加入溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。若超聲波?0℃的環(huán)境下以0℃的聲速測量100m距離所引起的測量誤差將達(dá)到5m，測量1m誤差將達(dá)到5mm。例如當(dāng)溫度0℃時(shí)超聲波速度是332m/s,—絕對溫度 近似公式為：C=C0+T℃ ()式中：C0為零度時(shí)的聲波速度323m/s；　 T為實(shí)際溫度(℃)?！?dú)怏w定壓熱容與定容熱容的比值 R　　　　超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。溫度對聲速的影響在空氣中測量距離時(shí)，根據(jù)超聲波測距公式L=CT，可知測距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。一般超聲波在固體傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。在氣體中，壓強(qiáng)、溫度、濕度等因素會引密變化，氣體中聲速主要受密度影響。（3）20mm以內(nèi)是盲區(qū)。這里的誤差包含兩種:一種是固定誤差—測量的起始位置與探頭的壓電晶片所在位置之間的距離，這種誤差不隨測量環(huán)境和距離的變化而變化。 實(shí)際距離與測量距離誤差關(guān)系實(shí)際距離（cm）15204060120150180200230測量距離（cm）202061119198誤差 （cm）50112根據(jù)文中電路參數(shù)和程序，~，~，經(jīng)過多次測量發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下有如下規(guī)律:(1)對于同一距離進(jìn)行多次測量取平均值的方法，所測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好2m范圍內(nèi)變化平均值誤差最大不超過20mm。5 超聲波測距的誤差分析硬件電路制作應(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。由此，101/40000=250μs，即需要250μs一個(gè)的脈沖。定時(shí)器T1工作方式2，用于串口通訊，接受數(shù)據(jù)。（頻率約為40KHz的方波），脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。比較寄存器的值相應(yīng)加1，或1關(guān)閉中斷允許位EA定時(shí)器0中斷入口 是否為0關(guān)中斷EA， 保護(hù)現(xiàn)場進(jìn)行壓棧處理顯示子程序顯示設(shè)定值選通端置位0停止發(fā)送方波延時(shí)65181。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化合容易計(jì)算出距離，程序采用C語言編寫。由于采用的是12MHZ的晶振，計(jì)數(shù)器每記一個(gè)數(shù)就是1μs,當(dāng)主程序檢測到接受成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波往返所用的時(shí)間）按式()計(jì)算，即可得被測物體與測距離之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速344m/s,則有 D=(vt)/2=172T0/10000cm ()其中：T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。 主程序流程圖主函數(shù)程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并將顯示端口P1和P3清0。(3)回波信號到達(dá)，立即關(guān)閉計(jì)數(shù)器，捕獲INT1的值。軟件系統(tǒng)流程圖如圖所示。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的總體方案超聲波測距系統(tǒng)的軟件部分是針對系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，以軟件模塊化設(shè)計(jì)的思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。自動布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shapebased）的無柵格自動布線器，用于印電路板的自動布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動化。電路板制作的最后階段，一般要在防焊層之上印上一些文字符號，比如元件名稱、元件符號、元件管腳和版權(quán)等，方便以后的電路焊接和查錯(cuò)等。防止焊接時(shí)相鄰焊接點(diǎn)的多余焊錫短路。通常的PCB板，包括頂層、底層和中間層，層與層之間是絕緣層，用于隔離布線層。雙面板是包括TOP（頂層）和BOTTOM（底層）的雙面敷銅的電路板，雙面都可以布線焊接，中間一層為絕緣層，為