【正文】 （） （）式中 L兩探頭之間中心距離的一半又知道超聲波傳播的距離為 ()式中 v—超聲波在介質(zhì)中的傳播速度 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間將（）、（）代入（）中得 ()其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s)。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離S，即：S=340 t /2。 超聲波傳感器輻射特性示意圖頻率40kHz輸入電壓10Vrms(正弦波)距離30cm超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波設(shè)備的外表面尺寸較小易于獲得精確的輻射角度。然后，測(cè)量角度與聲壓(靈敏度)之間的關(guān)系。超聲波傳感器的靈敏度直接影響著系統(tǒng)測(cè)距范圍，從圖中可以發(fā)現(xiàn)40KHz時(shí)傳感器的聲壓級(jí)最高，也就是說(shuō)40kHz時(shí)所對(duì)應(yīng)的靈敏度最高。SPL=20logP/Pre(dB)式中,“P”為有效聲壓(μbar)，“Pre”為參考聲壓(2104μbar)。超聲波的頻率越高，衰減率就越高，超聲波的傳播距離也就越短，由此可見(jiàn)超聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器有效距離。因此，要精確的測(cè)量與某個(gè)物體之間的距離時(shí)，始終檢查周?chē)鷾囟仁鞘直匾?，尤其冬季室?nèi)外溫差較大，對(duì)超聲波測(cè)距的精度影響很大，此時(shí)可用18B20作溫度補(bǔ)償來(lái)減小溫度變化所帶來(lái)的測(cè)量誤差，考慮到本設(shè)計(jì)的測(cè)試環(huán)境是在室內(nèi)，而且超聲波主要是用于測(cè)距功能，對(duì)測(cè)量精度要求不高，所以關(guān)于溫度效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響問(wèn)題在這里不做深入的探討。3)溫度效應(yīng) 聲波傳播的速度“c”可以用下列公式表示。由于布、棉花、絨毛等可以吸收超聲波，因此很難利用超聲波探測(cè)到它們。2)反射 要探測(cè)某個(gè)物體是否存在，超聲波就能夠在該物體上得到反射。在這種比較低的傳播速度下，波長(zhǎng)很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。超聲波的基本特性如下所述：1)波長(zhǎng) 波的傳播速度是用頻率乘以波長(zhǎng)來(lái)表示。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過(guò)20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。共振板電極壓電晶片 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)市面上常見(jiàn)的超聲波傳感器多為開(kāi)放型，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。總體上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而利用正壓電效應(yīng)，將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。我們選用壓電式超聲波傳感器。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。人類(lèi)能聽(tīng)到的聲音頻率范圍為：20Hz～20kHz，即為可聽(tīng)聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下頻率的聲音稱(chēng)為低頻聲波，20kHz以上頻率的聲音稱(chēng)為超聲波。3)靈敏度 主要取決于制造晶片本身。2)工作溫度 由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：1)工作頻率 工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量,換句話(huà)來(lái)說(shuō)，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。頻率愈高速度愈大。3）超聲波的能量傳遞特性 超聲波之所以能在各個(gè)工業(yè)部門(mén)中得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。對(duì)于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限(根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為20000Hz)時(shí)，人們就會(huì)覺(jué)察不出周?chē)暤拇嬖冢蚨Q(chēng)這種高頻率的聲為“超”聲。實(shí)現(xiàn)中采用定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，8分頻，TCNTT0預(yù)設(shè)值0XCE，當(dāng)timer0溢出中斷發(fā)生2500次時(shí)為125ms，計(jì)算公式為（單位：ms）：T =（定時(shí)器0溢出次數(shù)*（0XFF0XCE））/1000其中定時(shí)器0初值計(jì)算依據(jù)分頻不同而有差異。 超聲波模塊實(shí)物圖超聲波探測(cè)模塊HCSR04使用方法如下：I/O口觸發(fā)，給Trig口至少10us的高電平，啟動(dòng)測(cè)量；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)I/O口Echo輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*340）/2，單位為m。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s))/2?；竟ぷ髟恚翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)。超聲波模塊采用現(xiàn)成的HCSR04超聲波模塊，該模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm。電路中用到2個(gè)按鍵，一個(gè)是電源開(kāi)關(guān)鍵,一個(gè)復(fù)位鍵。 超聲波測(cè)距電路原理圖，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件：STC89C5超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。超聲波傳感器測(cè)出數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)進(jìn)行處理，從而在顯示器得出最后的距離。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制單元。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱(chēng)。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示。通過(guò)在車(chē)身前后方安置超聲測(cè)距傳感器能夠準(zhǔn)確的測(cè)量車(chē)身距障礙物間的距離，方便了駕駛員在泊車(chē)、倒車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所造成的困擾，而且讓駕駛員沒(méi)有了視野死角和視線模糊的不便，增強(qiáng)了駕駛的安全性。由于汽車(chē)數(shù)量的飛速增長(zhǎng)，汽車(chē)在安全和使用便捷方面的性能備受關(guān)注。移動(dòng)的機(jī)器人要裝上很多種傳感器來(lái)得到環(huán)境信息以確定自己的位置和躲避障礙物，當(dāng)中比較普遍的傳感系統(tǒng)是視覺(jué)系統(tǒng)和超聲波測(cè)距系統(tǒng)。通過(guò)超聲波測(cè)距能夠完成液位的非接觸式測(cè)量，解決了上面這些問(wèn)