【正文】 (322)上式中: 為帶通濾波器的中心角頻率。帶通濾波器的濾波性能主要取決于Q(品質(zhì)因素)和w0(截止角頻率)。 (4)有源濾波器的上限頻率由于受有源器件(主要是集成運(yùn)放)本身帶寬的限制，一般只用在幾十千赫以下的頻率范圍內(nèi)，其最高頻率也只接近1 。頻率穩(wěn)定性好，通?？勺龅健? （2)由于運(yùn)算放大器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低以及高增益、高穩(wěn)定性和高閉環(huán)增益等參數(shù)調(diào)整靈活的一系列優(yōu)點(diǎn)，從而為有源濾波器的設(shè)計提供了很大的方便。因而，可以在電路中優(yōu)先采用損耗較大而體積較小的電阻來代替無源濾波器中的電感器件，這樣不僅可以使濾波器的重量和體積大大縮小，而且可以避免由電感所帶來的非線性、參數(shù)調(diào)整困難以及制造成本高等缺點(diǎn)。與無源濾波器相比，有源濾波器一般具有下列特點(diǎn)[17]。有源濾波器是由有源器件(例如晶體管、集成運(yùn)算放大器等)和阻容等元件組成的一類濾波器。 在電子電路控制系統(tǒng)中，積分電路與微分電路常用作調(diào)節(jié)電路，此外也廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生和變換之中，以集成運(yùn)放作為放大電路，利用電阻電容作為反饋網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)此兩種運(yùn)算電路[16]。 當(dāng)超聲波接收器將接收到的回波信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，信號經(jīng)過放大以后，被送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入INTO中斷口，該電信號作為AT89S52外部中斷的中斷信號使AT89S52產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中停止計數(shù)器TO的計時，并計算出有關(guān)數(shù)據(jù)。程序如下: NAME CS_T?PR? CS_T? CS_T SEGMENT CODE PUBLIC CS_T RSEG ?PR?CS_T?CS_TCS_T: PUSH ACC MOV THO,00H MOV TL0,OOH MOV A, 4D SETB TR0CST_1: CPL NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ ACC,CS_T1 POP ACC RET END 根據(jù)電路需求，需要接收放大電路滿足以下要求: (1)將微弱信號放大。往往這個錯誤的頻率會比預(yù)期的值偏低，比如:程序原本要產(chǎn)生一個40kHz的信號，實(shí)際單片機(jī)只能產(chǎn)生一個20kHz左右的信號。中斷服務(wù)不能過長，如果過長，單片機(jī)在前一個中斷服務(wù)程序還沒執(zhí)行完之前，又會有下一個中斷產(chǎn)生。本方案就是采用單片機(jī)軟件產(chǎn)生。 兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間分別為: (314) (315) 振蕩周期T為: （316） 占空比為: （317）其中 該電路通過調(diào)節(jié)可變電阻Rw，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)占空比的大小。當(dāng)電容充電電壓時，定時器輸出變?yōu)榈碗娖剑烹姽躎導(dǎo)通，電容C1開始放電，放電回路為:放電管地，放電時間常數(shù)。電源編對電容充電，充電回路為:地。由555芯片組成的振蕩電路外圍元件少，電路簡單，振蕩頻率可調(diào)，占空比可調(diào)，[14]。在超聲測距中，一般采用40kHz的信號。一般廠家生產(chǎn)的超聲波傳感器標(biāo)識的固有頻率是40kHz，實(shí)際有偏差，如40177。 振蕩電路 振蕩電路目的是提供40kHz的脈沖。(3)、三極管Q3 當(dāng)Q3截止時a、E5單獨(dú)作用時b、單獨(dú)作用時可將根據(jù)所設(shè)計的參數(shù)，三極管Q3可以可靠截止。 (2)、三極管Q2 當(dāng)Q2截止時a、E2單獨(dú)作用時 b、單獨(dú)作用時 可將根據(jù)所設(shè)計的參數(shù)，三極管Q2可以可靠截止。根據(jù)以上理論依據(jù)設(shè)計超聲波測距系統(tǒng)發(fā)射電路如下:(1)、三極管Q1 當(dāng)Q1截止時 此時A點(diǎn)電壓為零可將根據(jù)所設(shè)計的參數(shù)，三極管Q1可以可靠截止。式311可簡化為: (312)對硅管而言，Icbo很小可以忽略不計。這時，基極電壓為Ubs，基極電流為Ibs、集電極電壓為Uces。(2)導(dǎo)通條件 等效電路圖 對導(dǎo)通三極管而言，要求基極電流大到保證使集電極電流飽和。反之，截止較淺，當(dāng)三極管截止時，使三極管的反向偏置電壓降在01伏之間，式38可簡化為: (39)這是選擇Rb的條件。由于導(dǎo)通晶體管飽和，導(dǎo)通管集、射極之間的管壓降可以用電壓Uces(三極管的集電極飽和電壓降)來等效。 超聲波發(fā)射電路要電路能正常工作，就要求在沒有加任何外加信號時，觸發(fā)器截止的晶體管能可靠地截止，導(dǎo)通的晶體管能可靠的飽和[13]。發(fā)射部分的點(diǎn)脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進(jìn)行處理就必須放大到一定的幅度。電阻大時阻尼小，發(fā)射強(qiáng)度大，儀器分辨率低，適宜于探測厚度大，對分辨力要求不高的試件。同時，發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。但是，每一支實(shí)際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)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。電路頻率的選擇應(yīng)該滿足發(fā)射傳感器的固有頻率40kHz，這樣才能使其工作在諧振頻率，達(dá)到最優(yōu)的特性。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。中心頻率靈敏度聲壓指向性容量最低使用溫度最高使用溫度最小探測距離最大探測距離10m10m分辨率9mm9mm最大輸入電壓20Vpp連續(xù)信號表31傳感器特性參數(shù)發(fā)射電路通常有調(diào)諧式和非調(diào)諧式。如果需要更高頻率的超聲探頭，比如幾百赫茲或者幾兆赫茲的頻率，就需要到專業(yè)經(jīng)營超聲產(chǎn)品的廠商去購買或者定制。 單片機(jī)讀得時間值。超聲波信號被超聲波接收換能器R收到，并超聲波接收換能器R的輸出信號為f3, f3通過4級選頻放大器和4級門限電路后，其輸出信號為f7。 f2被施加于超聲波發(fā)射換能器T上，這時超聲波發(fā)射換能器T發(fā)出超聲波信號。 系統(tǒng)的設(shè)計及器件的選擇也正是在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行的，f1f7門限電路選頻放大器f6單片機(jī)f6選頻放大器門限電路f5選頻放大器門限電路激發(fā)電路f1f5超聲波信號f2f3f4門限電路脈沖放大器脈沖發(fā)生器RT選頻放大器超聲波接收換能器超聲波發(fā)射換能器超聲波測距系統(tǒng)的具體工作過程計劃如下:由單片機(jī)發(fā)出40kHz的脈沖串。如:在溫度T=0℃時，v=。，圖中被測距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用L表示，由圖中關(guān)系可得: (31) (32)將（32）式代入（31）式可得： （33）在整個傳播過程中，超聲波所走過的距離為: （34）式中V為超聲波的傳播速度，t為傳播時間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時間。本章將介紹超聲波測距系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計，并對整個超聲波測距系統(tǒng)的各個功能部分給出了具體的設(shè)計和說明。 第三章 超聲波測距系統(tǒng)的原理與設(shè)計 在上一章中，我們己經(jīng)知道超聲波的基本特性和超聲波傳感器的工作原理。它是一種非破壞性的材料實(shí)驗方法，即不需破壞被檢材料或工件就能探測其內(nèi)部的各種缺陷(如裂紋、氣泡、夾雜物等)的大小、形狀和分布狀況以及測定材料性質(zhì)。利用超聲波除了可以測量距離、液位高度以外，還可以用于超聲探傷。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。 超聲波測量在國防、航空航天、電力、石油化工、機(jī)械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。還可利用超聲波檢漏、測量液位、粘度、硬度和溫度等。若將超聲波作為載波傳送某些信號，則可制成水中電話，水中遙測儀等，以進(jìn)行水中通信。利用超聲波的衰減特性，可以研究或測量材料的物理性質(zhì)。在人體中則可以協(xié)助臨床診斷疾病(如肝膿腫、腫瘤、膽結(jié)石等)和探測胎兒等。當(dāng)超聲波以脈沖形式在介質(zhì)中傳播時，利用反射這一性質(zhì)，在金屬、非金屬中用來探測缺陷的位置和性質(zhì)，從而對鋼板、鍛件、焊縫、混凝土、人造石磨等進(jìn)行探傷檢驗。利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如:液位、井深、管道長度等場合。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲