【正文】 的驅(qū)動(dòng)能力。編程由單片機(jī) 端口輸出 40 kHz 左右的方波脈沖信號(hào)，由于單片機(jī)端口輸出功率不夠， 40 kHz 方波脈沖信號(hào)分成兩路，送給一個(gè)由 74HC04 組成的推挽式電路進(jìn)行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn)，滿足測(cè)量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器 TCT40－16T 以聲波形式發(fā)射到空氣中。通過單片機(jī)編程將內(nèi)部計(jì)數(shù)得到的時(shí)間數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為距離信息，通過三位 LED 數(shù)碼管顯示。這里使用 CX 20226A 集成電路對(duì)接收探頭接收濾波，信號(hào)經(jīng)過 端口送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。發(fā)射電路采用單片機(jī) 端口編程輸出大概 40KHz 的方波脈沖信號(hào)，同時(shí)開啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器 T0 單片機(jī)端口輸出功率比較弱，所以加大加功率放大電路使測(cè)量距離能夠滿足要求，驅(qū)動(dòng)超聲傳感器 UCM40T 發(fā)射超聲波距離足夠遠(yuǎn)。隨著超聲波測(cè)量技術(shù)的不斷提高，用超聲波測(cè)量任何目標(biāo)物體，都存在著超聲波的發(fā)射和接收問題。通過詳細(xì)分析超聲傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及影響超聲傳感器的幾個(gè)重要參數(shù)給出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用超聲傳感器的特性參數(shù)；析了超聲波測(cè)距的基本原理，并在此基礎(chǔ)上給出了測(cè)距的幾種常用方法以及傳感器指向角、環(huán)境溫度、工作頻率、發(fā)射脈沖波形。 （系統(tǒng)中應(yīng)用該式進(jìn)行溫度補(bǔ)償） 發(fā)射脈沖波形超聲測(cè)距常用的發(fā)射脈沖波形如圖 所示有衰減振蕩脈沖、單個(gè)尖脈沖、寬等幅波列脈沖和窄等幅波列脈沖。在本系統(tǒng)中利用 AT89S52 中的定時(shí)器測(cè)量超聲波傳播時(shí)間，利用 DS18B20 測(cè)量環(huán)境溫度，從而提高測(cè)距精度。表 22 列出了幾種溫度下的聲速：表 22 聲速與溫度的關(guān)系表溫度（攝氏度） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（米／秒） 313 319 325 331 337 343 349 389在使用時(shí)，假設(shè)溫度變化不是大的話，則可以當(dāng)做聲速 c 不變，計(jì)算的時(shí)候取 c 的大小為 340m/s。綜合以上分析，本設(shè)計(jì)將采用渡越時(shí)間法 [6]。 表 21 傳感器特性參數(shù)表型號(hào) UCMT40K1 UCMR40KQ結(jié)構(gòu) 開放式 開放式使用方式 發(fā)射 接收中心頻率 ZKH140?ZKH138?頻帶寬 靈敏度 ubardBVubardBV6?聲壓 )(1P? )1min(7?指向角 o75o80容量 pF%2?pF%25? 超聲波測(cè)距的原理超聲波測(cè)距方法主要有三種：1）相位檢測(cè)法：精度高，但檢測(cè)范圍有限；2 ）聲波幅值檢測(cè)法：易受反射波的影響；3）渡越時(shí)間法：工作方式簡(jiǎn)單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都容易實(shí)現(xiàn)，其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間 t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離 l。 超聲波傳感器選擇在超聲波測(cè)量系統(tǒng)中，頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大，檢測(cè)距離越短，分辨力也變高；頻率取得太低，外界的雜音干擾會(huì)相應(yīng)的變多。在這種情況下，超聲波傳感器具有很高的靈敏度。 A B 圖 23 雙壓電晶片示意圖圖 24 雙壓電晶片的等效電路圖雙壓電晶片的等效電路如圖 24 所示， R 是電損耗，C0 為靜電電容，R 是損耗串聯(lián)電阻，聯(lián)電阻 Cm、L m 是機(jī)械共振回路的電容和電感。即在壓電陶瓷晶片上加有頻率為交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生相同頻率的機(jī)械振動(dòng)，以促進(jìn)這種介質(zhì)，例如空氣，可發(fā)射超聲波。這種超聲波傳感器需要較少的壓電材料，價(jià)格低廉，非常適合于氣體和液體介質(zhì)。相反，如果對(duì)它施以外力，由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。壓電材料可分為壓電陶瓷和晶體兩類。電聲型主要有壓電傳感器、靜電傳感器和磁致伸縮傳感器。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即流體動(dòng)力型與電聲型。V=+ (21)式中，V 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為 m／s， T 為實(shí)際溫度單位為℃。 比如超聲波發(fā)射器朝一方向發(fā)射出了超聲波，同時(shí)在發(fā)射時(shí)刻的計(jì)時(shí)，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。相反，未在兩極間加電壓時(shí)，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)來轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。它有兩個(gè)壓電晶片、一個(gè)共振板。他們產(chǎn)生出的超聲波頻率、功率和聲波特性都各自不相同，因此用途也不盡相同，壓電式超聲波發(fā)生器是目前比較常用的發(fā)生器。 超聲波傳感器介紹總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是利用機(jī)械方式產(chǎn)生出超聲波，一類是利用電氣方式產(chǎn)生出超聲波。(2) 空化作用流體動(dòng)力學(xué)指出，在聲場(chǎng)作用下振動(dòng)的液體中的微氣泡在達(dá)到一定聲壓值的時(shí)候，氣泡會(huì)迅速膨脹，之后就突然閉合，而在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過程就叫做為空化 [4]。 超聲波對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用(1) 機(jī)械作用超聲波傳播過程中，一般會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的伸張與壓縮，造成了壓力的變化，引起機(jī)械效應(yīng)。(3)超聲波的干涉如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。一般采用縱波形式的超聲波來測(cè)量各種狀態(tài)下的物理量。 超聲波的三種形式超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向、波的傳播方向一致；表面波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波、橫波之間。該技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運(yùn)作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。發(fā)射電路接收電路AT89C51LCDDS18B20報(bào)警電路圖 12 時(shí)序圖二、 超聲波測(cè)距原理與方法 超聲波簡(jiǎn)介超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都可使用的通用技術(shù)之一。由圖 12 時(shí)序圖可以看出，超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在 T0 時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。一旦有高電平輸出，即在模塊中經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。汽車行進(jìn)時(shí) LCD 顯示環(huán)境溫度，當(dāng)?shù)管嚂r(shí)，發(fā)射和接收電路工作，經(jīng)過 AT89C51 數(shù)據(jù)處理將距離也顯示到 LCD 上，如果距離小于設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路會(huì)鳴叫，提醒司機(jī)注意車距。通過簡(jiǎn)單的外圍電路發(fā)和接收超聲波，單片機(jī)通過采樣獲取到超聲波的傳播時(shí)間，用軟件來計(jì)算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)距補(bǔ)償，其測(cè)量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。超聲波具有方向性好、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，因此利用超聲波測(cè)距技術(shù)在工業(yè)控制、機(jī)器人定位、勘探測(cè)量和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [2]。 超聲檢測(cè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展綜述在基于傳統(tǒng)的測(cè)距存在不可克服的缺陷。同時(shí)由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此為了使移動(dòng)機(jī)器人能夠自動(dòng)躲避障礙物行走，就必須裝備測(cè)距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障礙物的位置信息（距離和方向） ?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。由于超聲測(cè)距是一種非接觸檢測(cè)技術(shù)，不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。超聲波同樣遵循一般機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，比如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生折射及反射現(xiàn)象，進(jìn)入介質(zhì)后而被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞?！娟P(guān)鍵詞】： AT89S51 超聲波 測(cè)距AbstractIs the frequency at 20kHz ultrasonic sound waves above , it is a mechanical wave . Also follow the general mechanical ultrasonic wave propagation in elastic media , such as reflection and refraction at the interface media into the media after the decay occurs , such as dielectric absorption . It is because of these properties , so that ultrasound can be used to measure the distance . With increasing levels of technology , ultrasonic ranging technology is widely used among people39。此外供電電源也會(huì)使測(cè)量差生很大的誤差。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。它控制單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對(duì)超聲波速度的校正，還有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在 LCD 上。溫度測(cè)量后送到單片機(jī)，通過程序?qū)λ俣冗M(jìn)行校正， 結(jié)合兩者實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的功能。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號(hào)發(fā)射和接收、供電、溫度測(cè)量、顯示等模塊組成。硬件電路主要包括發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)電路、電源電路和顯示電路，另外還有 LCD 控制電路和復(fù)位電路等。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。學(xué) 科 類：工科 學(xué) 號(hào)：100703050115 學(xué)校代碼：12795 密 級(jí)：公開 2022 屆本科生畢業(yè)論文超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院 系： 電子與信息學(xué)院 專 業(yè)： 通 信 工 程 姓 名： 劉 軍 指導(dǎo)教師： 尹建平 答辯日期： 二〇一四年五月畢業(yè)論文誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文《 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 》是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。 作 者 簽 名： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘 要超聲波是指頻率在 20kHz 以上的聲波，它屬于機(jī)械波。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。我采用以 AT89S51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路。發(fā)射探頭的信號(hào)經(jīng)放大和檢波后發(fā)射出去，單片機(jī)的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，超聲波被發(fā)射后按原路返回，在經(jīng)過放大帶通濾波整形等環(huán)節(jié),然后被單片機(jī)接收，計(jì)數(shù)器停止工作并得到時(shí)間。軟件程序由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、預(yù)置子程序、顯示子程序等模塊組成。另外程序控制單片機(jī)消除各探頭對(duì)發(fā)射和接收超聲波的影響。實(shí)際的環(huán)境對(duì)超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾信道干擾等等，空氣的溫度對(duì)超聲波的速度影響也很大。在設(shè)計(jì)的過程中考慮了這些因素，并給出了一些解決方案。s daily work and of the system consists of two parts , namely hardware and software programs. The hardware circuit includes a transmitter circuit, a receiver circuit, the microcontroller circuit, a power supply circuit and a display circuit , in addition to the LCD control circuit and a reset circuit. I used to AT89S51 core, lowcost, highprecision, miniaturized ultrasonic rangefinder digital display hardware circuits. The entire circuit is modular in design