【正文】 功能按設(shè)計要求，根據(jù)超聲波測距原理，以8051單片機(jī)系統(tǒng)為核心。本系統(tǒng)的具體組成框圖如圖12。超聲波測距儀的總體設(shè)計思路如圖11所示。除超聲波的發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波接受器接收回波。用于超聲傳感器的中心頻率一般為40KH。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便地改變其固有諧振頻率。接收超聲波時，作用在其上面的超聲機(jī)械波的頻率也要與它的固有諧振頻率一致。通過對此信號的分析處理，可實現(xiàn)各種檢側(cè)。當(dāng)在兩電極加交變脈沖信號(觸發(fā)脈沖)時，若其頻率等于晶片的固有頻率，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。傳感器的內(nèi)部有一個復(fù)合式振動器被靈活地固定在底座上。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號。另一方面，當(dāng)振動壓電陶瓷時，就會產(chǎn)生電荷。它是借助壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。此類型的傳感器一般采用雙壓電陶瓷品片制成。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。各種類型的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不相同。一般是使電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，己發(fā)明設(shè)計并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器:機(jī)械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。從相位檢測角度來看。同時使用二個回波的相位以及包絡(luò)信息，排除了以2n為周期的相位上的不確定性。為了消除這種不確定性，再引入通常的包絡(luò)檢測來消除這種不確定性，從而實現(xiàn)高精度測距。假設(shè)震蕩電路波形往返一個Φ角，則聲波在被測的距離上往返一次需要的時間t為t=Φ/ω。測距儀由震蕩電路發(fā)出一定頻率變化的正弦波，由超聲波換能器轉(zhuǎn)換成聲波。渡越時間測量法:每隔一定時間發(fā)射一串超聲波脈沖，在發(fā)射脈沖串時刻開始單片機(jī)定時器計時，在超聲波接收器接收到反射信號時刻，停止單片機(jī)TO計時。傳播的時間即為超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波時刻與經(jīng)介質(zhì)反射傳播到接收器時刻差。超聲波測量原理圖如圖11。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍非常有限，聲波幅值檢測法易受反射波影響。在設(shè)計時 ，實時得出時間和速度，再進(jìn)行相乘運(yùn)算，得出距離。 超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。超聲波有以下幾個特點(diǎn)： 超聲波在傳播時，方向性強(qiáng)，能量易于集中。超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負(fù)載信息的載體或媒介；超聲波同時又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)（用作治療）。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射的原理。γ射線測距特別適用于傳統(tǒng)測量儀表不能解決的測量問題，因為測量件沒有任何部件與被測介質(zhì)相接處。（3）激光測距儀激光測距儀的測量原理是通過對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點(diǎn)的距離。當(dāng)接收到回波信號時，由于來回傳播時間延遲，發(fā)射頻率己改變了。（2）雷達(dá)測距儀連續(xù)式微波測距儀這幾年逐步推向市場。國內(nèi)的早期的測距儀也是基于機(jī)械原理的，但是隨著世界的電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)位移測距儀在各方面不甘落后，甚至在某一方面科技含量更高。(2)非接觸測量方式的測距儀。普遍采用電子設(shè)計自動化(EDA)、計算機(jī)輔助測試(CAT),數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)及表面貼裝技術(shù)等。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機(jī)技術(shù)，結(jié)構(gòu)有了很大的改善，功能有了很大的提高。2．國內(nèi)外測距儀介紹：距離是在不同的場合和控制中需要檢測的一個參數(shù)，測距成為數(shù)據(jù)采集中要解決的一個問題。工作環(huán)境為10℃~+55℃。本設(shè)計主要應(yīng)用于短距離測量,設(shè)計的最終目的為:測距范圍為0~10米；相對誤差為＜177。本設(shè)計結(jié)合超聲波測距原理，傳感器原理等，進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。比如要測量有毒或有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的液面高度或高速公路上快速行駛汽車之間的距離。超聲波測距儀是非接觸式測量儀。超聲波測量儀可用在不便于人工測量的地方，為生活中工作中，提供不可想象的便利。超聲波指向性強(qiáng)、易于定向發(fā)射、強(qiáng)度好控制、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)、不受惡劣天氣和光線影響，根據(jù)他的這些優(yōu)點(diǎn)所設(shè)計的測量儀可實現(xiàn)比較迅速、方便的測量。目 錄引 言 11 系統(tǒng)設(shè)計原理及總體設(shè)計 3 3 3 4 4 5 6 6 6 72 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能 8 8051單片機(jī)結(jié)構(gòu) 8 8051單片機(jī)內(nèi)部各結(jié)構(gòu)功能 9 8051單片機(jī)的主要性能特點(diǎn) 10 10 10 11 12 12 12 13 14 14 153 系統(tǒng)軟件設(shè)計 17 17 18 184 系統(tǒng)調(diào)試 20 硬件檢測和調(diào)試... 20 軟件調(diào)試 20 干擾處理 21結(jié) 論 23參考文獻(xiàn) 24附錄1：硬件電路總體設(shè)計圖 24附錄2：程序全文 26附錄3：PCB印制板圖 28致 謝 29引 言1．設(shè)計目的：隨著科技的進(jìn)步，人們對測量的方法和測量的精度的要求也越來越高。在日常生活中，工業(yè)活動和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到難以用常規(guī)辦法進(jìn)行測量的情況。它設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，易于做到實時控，測量時與被測物體無自接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)用。如汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度等的實時測量場合。得益于它的非接觸式，它能夠在某些特定場合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用。目前基于超聲波測距的精度需求和盲區(qū)減小的需求也越來越大，如油庫和水箱液面的精確測量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機(jī)械內(nèi)部損傷的檢測等。本設(shè)計為以MCS51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。5%。雨、雪、霧、黑夜均不受影響。國外測距儀表早期大多采用機(jī)械原理，但近年來隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機(jī)電一體化發(fā)展，并且總結(jié)了許多新的測量原理。從國外測距儀表發(fā)展的技術(shù)動向看，