【正文】 它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。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，可以長時(shí)間地工作而不失效?！　。?）靈敏度。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為340m／s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡便。它的探頭常用材料是壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來進(jìn)行工作的。為 了 研 究 和 利 用 超 聲 波 ， 人 們 已 經(jīng) 設(shè) 計(jì) 和 制 成 了 許 多 種 超 聲 波 發(fā) 生 器 。 電 氣 方 式 包 括 壓 電 型 、 磁 致 伸 縮 型 和 電 動 型 等 ； 機(jī) 械 方 式 有 加 爾 統(tǒng) 笛 、液 哨 和 氣 流 旋 笛 等 。 目 前 較 為 常 用 的 是 壓 電 式 超 聲 波 發(fā) 生 器 。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。 超聲波傳感器原理市面上常見的超聲波傳感器多為開放型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，一個(gè)復(fù)合式振動器被靈活地固定在底座上。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。另一方面，當(dāng)振動壓電陶瓷時(shí)，則會產(chǎn)生一個(gè)電荷。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動時(shí)，就會產(chǎn)生一個(gè)電信號。圖 7 超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過 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。超聲波的基本特性如下所述：1． 波長波的傳播速度是用頻率乘以波長來表示。在這種比較低的傳播速度下，波長很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。2． 反射要探測某個(gè)物體是否存在，超聲波就能夠在該物體上得到反射。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到它們。3． 溫度效應(yīng)聲波傳播的速度“c”可以用下列公式表示。因此，要精確的測量14與某個(gè)物體之間的距離時(shí)，始終檢查周圍溫度是十分必要的，尤其冬季室內(nèi)外溫差較大，對超聲波測距的精度影響很大，此時(shí)可用18B20作溫度補(bǔ)償來減小溫度變化所帶來的測量誤差，考慮到本設(shè)計(jì)的測試環(huán)境是在室內(nèi)，而且超聲波主要是用于測距功能，對測量精度要求不高，所以關(guān)于溫度效應(yīng)對系統(tǒng)的影響問題在這里不做深入的探討。如圖8所示，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，由此可見超聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器有效距離。.= 20logP/Pre (dB)式中,“P”為有效聲壓 (μbar)，“Pre”為參考聲壓 (2104μbar)如圖6所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。靈敏度= 20log E/P (dB)式中,“E”為所產(chǎn)生的電壓 (Vrms)，“P”為輸入聲壓(μbar)。圖10 超聲波傳感器靈敏度示意圖7．輻射特性把超聲波傳感器安裝在臺面上。為了準(zhǔn)確地表達(dá)輻射，與前部相對比，聲壓 (靈敏度) 級衰減6dB的角度被稱為半衰減角度，用θ1/2表示。如圖11所示為幾種常見超聲波傳感器的輻射特性示意圖。 測 距 分 析超 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 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 ， 超 聲 波 接 收 器 收 到 反 射 波 就 立 即 停 止計(jì) 時(shí) 。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=340t/2。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程中是基本不變的。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。如圖 12 所示： tA超聲波發(fā)射 障礙物 S17 H θ超聲波接收圖 12 超聲波的測距原理 ?cosSH? （31）)(Lartg （32）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: vtS?2 ( 33)式中:v—超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。當(dāng)需要測量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L 時(shí),則(3—4)變?yōu)? t21? ( 35) 所以,只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測量的距離 H. 顯示電路 數(shù)碼管簡介數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。共陽數(shù)碼管18是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管概述e1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112 L E DA F BE D dp C GS4 S3 S2S1圖 5：數(shù)碼管數(shù)碼顯示器是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了 8 個(gè)Led 發(fā)光二極管，其中七個(gè)用于顯示字符，一個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。a、b、c、d、e、f、g、dp 為段引腳，SSSS4 分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。19123456789R0edpcgSbfaULEDAFBCG顯 示 模 塊 圖 模塊連接圖 按鍵模塊電路20P20K13GND按 鍵 模 塊通過 K1，K2，K3 鍵來設(shè)置報(bào)警距離的門限值。21第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 程序語言及開發(fā)環(huán)境 C 語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既具有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C 語言，適于編寫系統(tǒng)軟件、三維、二維圖形和動畫，具體應(yīng)用例如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。這些元器件的引腳需要我們認(rèn)真查找資料，了解每個(gè)器件的特性24再進(jìn)行焊接。其中焊接時(shí)要注意元件正負(fù)極性，電阻電容大小、芯片引腳順序等細(xì)節(jié)。 元件的焊接與組裝組裝電路通常采用焊接和在面包板上插接兩種方法，無論采用哪種方法均應(yīng)注意以下幾方面。 (2)所有集成電路的組裝方向要保持一致，以便于正確進(jìn)行焊接合理安排布線。對于有正負(fù)極性的元件，例如電解電容器、晶體二極管等，組裝時(shí)一定要特別注意極性，否則將會造成實(shí)驗(yàn)失敗。一般習(xí)慣是正電源用紅色線、負(fù)電源用藍(lán)色線、地線用黑色線、信號線用黃色線等。 (5) 在實(shí)際焊接中連線需要盡量做到排版簡潔連線方便。同時(shí)應(yīng)盡可能做到連線不相互穿插重疊、盡量不從電路中元器件上方通過。 正確的組裝方法和合理的布局，不僅可使電路整齊美觀、工作可靠，而且便于檢查、調(diào)試和排除故障。 電路的調(diào)試調(diào)試是指系統(tǒng)的調(diào)整、改進(jìn)與測試。在進(jìn)行調(diào)試前應(yīng)擬訂出測試項(xiàng)目、測試步驟、調(diào)試方法和所用儀器等，做到心中有數(shù)，保證調(diào)試工作圓滿完成。第一種是邊安裝邊調(diào)試的方法。這種方法在新設(shè)計(jì)的電路中比較常用。這種方法比較適用于電路相對來說比較簡單，系統(tǒng)不復(fù)雜的電路調(diào)試。查線時(shí)最好用指針式萬用表“Ω1”檔進(jìn)行檢查, 或是用數(shù)字萬用表 “Ω”檔的蜂鳴器來測量，而且要盡可能直接測量元器件引腳，這樣同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。但接通電源后不要立即進(jìn)行電路功能的測試，首先要充觀察整個(gè)電路有無異常現(xiàn)象，電路中元器件是否有發(fā)熱燒壞等現(xiàn)象，是否有漏電現(xiàn)象，電源是否有短路和開路現(xiàn)象等。然后再按要求測量各元器件引腳電源的電壓，而不只是測量各路總電源電壓，以保證元器件正常工作。調(diào)試順序應(yīng)按照電路原理圖中信號流向進(jìn)行，這樣可以把整個(gè)電路進(jìn)行分步調(diào)試，把前面調(diào)試好的電路的輸出信號作為后一級電路的輸入信號。 單元調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。通過它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞和處于臨界狀態(tài)的元器件。對于信號產(chǎn)生電路一般只看動態(tài)指標(biāo)。在調(diào)試過程中應(yīng)有詳盡記錄。整體電路調(diào)試主要是觀察和測量動態(tài)性能，把測量的結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)逐一對比，找出問題及解決辦法，然后對電路及其參數(shù)進(jìn)行修正，直到全部電路的性能完全符合設(shè)計(jì)要求為止。這個(gè)設(shè)計(jì)題目并不是新的，但從中能體現(xiàn)到一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的過程，足于讓我們受益。完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這是一次難得的實(shí)踐機(jī)會。通過查資料和收集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下，我們可能會記住很多書本知27識，但是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實(shí)踐相結(jié)合的問題，把握重點(diǎn)，攻克難關(guān)，活學(xué)活用。通過實(shí)際的分析與應(yīng)用深化了對這些主干知識的認(rèn)識。單片機(jī)的功能日益強(qiáng)大，但其基本原理是相對不變的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。在設(shè)計(jì)過程中由于時(shí)間倉促有很多地方難免存在不足之，但在以后的工作中，我們會嚴(yán)格要求自己最求完美。從開題報(bào)告到論文結(jié)束，我所取得的每一個(gè)進(jìn)步、編寫的每一段程序都無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵(lì)，盡自己最大的努力取得更好的成績。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 最后，衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授