XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 超聲測(cè)距電路設(shè)計(jì)制作學(xué) 院： 測(cè)試與光電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二 Oxx 年 六月 超聲測(cè)距電路設(shè)計(jì)制作摘要：超聲波測(cè)距組合電路是以電路，傳感器，單片機(jī)，數(shù)碼管和程序等綜合知識(shí)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種測(cè)量電子儀器。其中超聲波發(fā)射和接收系統(tǒng)的主要部分為壓電晶片，這種材料具有壓電效應(yīng),在電磁振蕩的作用下發(fā)生逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，在超聲波的作用下發(fā)生正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電磁振蕩被傳感器接收。信號(hào)被接收后通過(guò)電路的放大和濾波在單片機(jī)的程序中計(jì)算得到傳感器到被測(cè)量面的距離,最后通過(guò)數(shù)碼管顯示距離。這個(gè)電路選用的是 STC89C52 單片機(jī), 因?yàn)镾TC89C52 是 STC 系列單片機(jī)里應(yīng)用比較廣泛的一款，在自動(dòng)控制領(lǐng)域里享有很高的價(jià)值，以其易用性和多功能性受到了廣大電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者的好評(píng)。本次設(shè)計(jì)主要是利用 STC89C52 單片機(jī)、超聲波傳感器完成測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的制作，以STC89C52 為主控芯片，利用超聲波對(duì)距離的檢測(cè)，將前方物體的距離探測(cè)出來(lái)，然后單片機(jī)處理運(yùn)算，與設(shè)定的報(bào)警距離值進(jìn)行比較判斷，當(dāng)測(cè)得距離小于設(shè)定值時(shí)，STC89C52 發(fā)出指令控制蜂鳴器報(bào)警。關(guān)鍵詞: 超聲波傳感器 STC89C52 蜂鳴器報(bào)警 數(shù)碼管Ultrasonic ranging circuit design ABSTRACT:Ultrasonic Ranging combining circuit is a comprehensive knowledge of circuits, sensors, microcontrollers, digital control and procedures as a basis for the design and development of an electronic measuring instrument. Wherein the major part of the ultrasonic transmitting and receiving system is a piezoelectric wafer, this material has the piezoelectric effect and inverse piezoelectric effect occurs under the effect of electromagnetic oscillations generating ultrasonic waves, piezoelectric effect occurs under the action of electromagnetic ultrasonic oscillation is generated received by the sensor. Signal is received by the circuit amplification and filtering in MCU program calculated the distance sensor surface to be measured. Finally, the digital display distance. The circuit used is STC89C52 microcontroller, Because STC89C52 is STC Series MCU in a broader application, it enjoys a high value in the field of automatic control, with its ease of use and versatility by the majority of electronic design enthusiasts. This design is the use of STC89C52 microcontroller, ultrasonic sensor alarm system complete production ranging to STC89C52 as the main chip, the use of ultrasonic testing on the distance, the distance of objects detected in front of it, and then single-chip processing operations, and set alarm distance values are compared to judge, when the measured distance is less than the set value, STC89C52 issue commands to control the buzzer alarm.Key words：Ultrasonic sensors STC89C52 Buzzer alarm 目 錄1 緒論1.1 項(xiàng)目研究背景及意義 （1）2 總體設(shè)計(jì)方案及論證2.1 總體方案設(shè)計(jì) （2）3 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1 主控制模塊 （3）3.2 電源設(shè)計(jì) （4）3.3 超聲波測(cè)試模塊 （4）3.3.1 超聲波的特性 （5）3.3.2 超聲波換能器 （8）3.4 超聲波傳感器原理 （10）3.5 測(cè)距分析 （14）3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) （15）3.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) （16）3.8 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) （17）3.9 顯示模塊 （17）4 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序工作流程圖 （18）5 總結(jié)參考文獻(xiàn) （21）致 謝 .（22）附錄 A附錄 B附錄 C1超聲測(cè)距電路設(shè)計(jì)制作1 緒論1.1 項(xiàng)目研究背景及意義現(xiàn)代有多種多樣的測(cè)距方法，其中包括接觸式和非接觸式的方法，接觸式中包含刻度尺測(cè)量，非接觸式包括超聲波測(cè)距和激光測(cè)距，非接觸式測(cè)距方法常采用激光和超聲波主要是由于二者的指向性很強(qiáng)，兼有在介質(zhì)中傳播距離長(zhǎng)和能量衰減慢等原因 1。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中非接觸式測(cè)距儀應(yīng)用非常廣泛，因?yàn)檫@些方法適用于惡劣工況下使用，并且測(cè)量精度高。超聲波測(cè)量距離作為一種非接觸式測(cè)量技術(shù)，工作時(shí)機(jī)在光明和黑暗條件不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，以及儀器與被測(cè)量位置也不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。相比較與另外測(cè)距設(shè)備會(huì)更加方便，對(duì)于溫度高、顆粒污染大、空間濕度大、存在腐蝕氣體等不方便用接觸式測(cè)量方法的惡劣環(huán)境都能夠有滿(mǎn)意的測(cè)距結(jié)果，并且其具有性?xún)r(jià)比高,儀器維護(hù)方便，耗能少，高可靠性，使用壽命長(zhǎng)，并且相較于激光測(cè)距儀來(lái)說(shuō)避免了對(duì)測(cè)量者眼睛的傷害 2。除此之外汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，而且超聲可以用來(lái)測(cè)量倒車(chē)距離并將距離指示出來(lái) 3。根據(jù)超聲波測(cè)距儀的這些特性可以知道這種手段能在礦物質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)、電力部門(mén)、化學(xué)工業(yè)、灌裝水生產(chǎn)廠、有害水凈化消毒廠、農(nóng)業(yè)灌溉用水、環(huán)境保護(hù)檢測(cè)、食用品生產(chǎn)（白酒業(yè)、冷料業(yè)、食用添加劑、食用油、牛奶制品）、防止洪水災(zāi)害、水文監(jiān)測(cè)、探明渠、空間位置確定、車(chē)輛等業(yè)態(tài)中的非接觸測(cè)量。由于其可以在各種條件中實(shí)行間隔精確度實(shí)時(shí)標(biāo)注，因此液態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)中能夠主動(dòng)用在飲用水、酒水、冷飲等液體位置控制，可以有效的提高流水線(xiàn)的生產(chǎn)效率，對(duì)儀器或者生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行差值設(shè)定時(shí)另一個(gè)使用方法，在顯示器上直接顯示各種罐子的液位高度。因此，在特殊環(huán)境，不方便或者不能夠直接測(cè)量的狀況下超聲在空氣中測(cè)距手段有很好很齊全的用途應(yīng)用 4。利用超聲波傳播來(lái)測(cè)量距離會(huì)有高效、計(jì)算簡(jiǎn)單的效果。更為主要的益處是能夠?qū)崿F(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，測(cè)量結(jié)構(gòu)的精確度和過(guò)程中的速度已經(jīng)達(dá)到了實(shí)際使用的指標(biāo)。 為了使移動(dòng)機(jī)器人能夠主動(dòng)的躲避障礙物行走，在機(jī)器人身上裝備測(cè)距系統(tǒng)是必須的，可以使機(jī)器人及時(shí)獲取距障礙物的位置信息（距離和方向），幫助機(jī)器人進(jìn)行判斷。在可動(dòng)機(jī)器或者智能機(jī)械的制造上超聲波測(cè)量距離有很好的應(yīng)用。同時(shí)又因?yàn)槌暡y(cè)距系統(tǒng)所具有的這些優(yōu)點(diǎn)都是汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)技術(shù)所缺少的，因此汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)技術(shù)必須用到超聲波測(cè)距技術(shù)。22 總體設(shè)計(jì)方案及論證2.1 總體方案設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)是超聲測(cè)距電路設(shè)計(jì)制作的兩個(gè)主要工作內(nèi)容。只有把這兩過(guò)程做好，設(shè)計(jì)最后才能成功。硬件設(shè)中首先要有采集數(shù)據(jù)模塊和控制按鍵的模塊，顯示測(cè)量結(jié)果的四位數(shù)碼管和蜂鳴警告模塊也是其子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：顯示測(cè)量結(jié)果的數(shù)碼管、產(chǎn)生和接收超聲波的傳感器、蜂鳴聲音報(bào)警器、單片機(jī)控制的電路。很容易可以看出設(shè)計(jì)的中心單元是控制電路的單片機(jī)，所以這個(gè)系統(tǒng)可以算是單片機(jī)在實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用之一 3。所用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都是由軟硬件構(gòu)成。單片機(jī)是硬件設(shè)備里必不可少的、同樣輸入輸出設(shè)備和外圍的各種應(yīng)用電路等也是組成的系統(tǒng)的主要硬件，單片機(jī)里的各種程序和超聲模塊里的程序是軟件的總稱(chēng)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程中必須解決軟硬件設(shè)計(jì)和全局控制的總體設(shè)計(jì)。STC89C52 單片機(jī)被選用當(dāng)做這個(gè)模塊的核心,測(cè)量結(jié)果小于標(biāo)桿值是，52 單片機(jī)會(huì)自動(dòng)將所測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)比較，來(lái)給蜂鳴器發(fā)送是否報(bào)警的。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖 2.1 所示 67。圖 2.1 系統(tǒng)方框圖 電源超聲波傳感器模塊4 位數(shù)碼管顯示模塊STC89C52主控制器模塊蜂鳴器報(bào)警模塊按鍵控制33 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1 主控制模塊主 控 制 最 小 系 統(tǒng) 電 路 如 圖 3.1 所 示 。P0245678RST9(XD)INWALGE/OVCUYMuFKJrigcho圖 3.1 最小系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 3.2，其中主要是硬件的連接。在圖中可以看到本設(shè)計(jì)中使用的器件：包括 52 單片機(jī)、超聲模塊、顯示數(shù)碼管、按鍵、報(bào)警用蜂鳴器和一些連接電路電容電阻。圖中 D1 為指示電源是否正常工作發(fā)光二極管。 整個(gè)電路中用了三個(gè)按鍵，分別為設(shè)定用和加鍵減鍵 8。BQHsw-二蜂 鳴 器+數(shù) 碼 管 驅(qū) 動(dòng) 電 路電 源 接 口 電 路超 聲 波 接 口 按 鍵 電 路_圖 3.2 總設(shè)計(jì)電路圖43.2 電源設(shè)計(jì)由于超聲測(cè)距組合電路能耗較小，且經(jīng)過(guò)試驗(yàn) 3 節(jié)五號(hào)干電池能夠滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？梢杂萌齻€(gè)五號(hào)可充電電池給電源供電，總電壓四點(diǎn)五伏特。3.3 超聲波測(cè)試模塊超聲波發(fā)射和接收模塊采用現(xiàn)成的超聲波模塊，該模塊可以感測(cè)到超聲波的距離范圍在 5cm-400cm 之間，在超過(guò) 400cm 之后誤差會(huì)特別大，超聲模塊所發(fā)射超聲波頻率為 4 萬(wàn)赫茲，波長(zhǎng)為 8.5 毫米，儀器的測(cè)量范圍在五個(gè)波長(zhǎng)以外，因此只能測(cè)到 5 厘米以上。主要是因?yàn)槌暡ㄔ陂L(zhǎng)距離狀況下擴(kuò)散比較大，導(dǎo)致超聲波接收傳感器接收到的信號(hào)較小不會(huì)使電路輸出高電平。除此之外這個(gè)模塊的測(cè)距精度可達(dá)高到 1cm，這主要是因?yàn)樗奈粩?shù)碼管只能顯示到厘米。整個(gè)模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制相關(guān)信號(hào)接收和發(fā)送處理的相關(guān)控制電路 9。超聲波發(fā)射器的工作是通過(guò)超聲換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成超音頻震動(dòng)形式，常采用的換能器有壓電換能器、電磁聲換能器、激光超聲換能器、磁致伸縮換能器，但在這個(gè)模塊中后面三種不適合使用，常用的還是壓電換能器。壓電換能器的關(guān)鍵元件是壓電晶片，其是一種單晶或者多晶體的薄片。同樣超聲波接收器的重要組成元件也是壓電晶片，因此壓電晶片的性能將很大程度決定測(cè)距儀的性能，壓電晶片的主要特性參數(shù)包括壓電應(yīng)變常數(shù)、壓電電壓常數(shù)、介電常數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)、機(jī)械品質(zhì)因子、頻率常數(shù)和居里溫度 10。其中壓電應(yīng)變常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生應(yīng)變的大小，而壓電電壓常數(shù)與其相反表示的是壓電晶體上施加單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度的大小。性能較好的換能器要求這兩個(gè)系數(shù)較大以獲得較高發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。機(jī)電耦合系數(shù)表示機(jī)械能與聲能之間的轉(zhuǎn)換效率同樣好的換能器要求機(jī)電耦合系數(shù)較大以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，機(jī)械品質(zhì)因子表示壓電晶體在諧振時(shí)儲(chǔ)存的機(jī)械能與一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量之比，要求機(jī)械品質(zhì)因子較小，壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)是叫做頻率常數(shù)要求換能器的頻率常數(shù)和介電常數(shù)恰當(dāng)以便獲得合適的頻率。壓電材料與磁性材料一樣，溫度會(huì)影響壓電材料的性能，超過(guò)一定溫度時(shí)，壓電效應(yīng)會(huì)消失，而這個(gè)溫度臨界點(diǎn)就是壓電材料的居里溫度 11。要求壓電材料的居里溫度較高以便儀器能在高溫下正常工作。超聲波模塊就是根據(jù)這些指標(biāo)來(lái)制作傳感器的。距離測(cè)量過(guò)程是電路基礎(chǔ)應(yīng)用在數(shù)據(jù)輸入口先觸發(fā)產(chǎn)生一個(gè)合適的電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)會(huì)讓給模5塊產(chǎn)生大于百分之一微秒的高電平信號(hào);在模塊內(nèi)經(jīng)過(guò)電路的處理使超聲發(fā)射器自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，方波傳播到界面被反射回到超聲波接收探頭，模塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)超聲波引起的微弱電信號(hào)，如果檢測(cè)到有電信號(hào)說(shuō)明超聲波被反射回來(lái)。有信號(hào)返回，然后通過(guò) IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(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*聲速(340M/S )/2。實(shí)物如下圖 3.3。其中 VCC 供 4.5V 電源，GND 為地線(xiàn)，TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線(xiàn)。超聲波模塊是這樣使用的：從 IO 數(shù)據(jù)口來(lái)觸發(fā)，之后再傳到 Trig 口發(fā)出高于 10us 的高的電平，這就開(kāi)始測(cè)量了；模塊自主發(fā)出 8 個(gè) 40Khz 波陣面為平面的方波，之后模塊又會(huì)感應(yīng)是否又接收到返回信號(hào)；若感應(yīng)到信號(hào)返回，通過(guò) IO口之后 Echo 口會(huì)輸出一個(gè)較高的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)存在的時(shí)間就是超聲波傳播出去到反射回來(lái)的總時(shí)間，量到的距離=（高電平時(shí)間*340）/ 2，單位為 m。程序中測(cè)試功能主要由兩個(gè)函數(shù)完成。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) * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定時(shí)器 0 初值計(jì)算依據(jù)分頻不同而有差異 12。3.3.1 超聲波的特性人類(lèi)感官由各種因素綜合作用的結(jié)果，包括色彩、聲音、觸覺(jué)、氣味等，其中聲音能夠給人類(lèi)生活帶來(lái)各種感受。聲音的傳播都必須在介質(zhì)的參與下完成，但不同波在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，造成這種差異的因素主要是聲音的頻率圖 3.3 超聲波模塊實(shí)物圖6不同。按照聲音在介質(zhì)中振動(dòng)周期的大小可以將聲音分為次聲波、聲波、超聲波。次聲波是指人的耳朵所感應(yīng)到的最小頻率。這個(gè)頻率為 20 赫茲。超聲波故名思議是頻率超級(jí)高的聲波(根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為 20000 赫茲)，即使周?chē)h(huán)境存在這種聲波人類(lèi)也并不能感覺(jué)到，所以把如此高的頻率的聲音為“超”聲。人的聽(tīng)覺(jué)范圍如圖 3.4 所示。圖 3.4 人的聽(tīng)覺(jué)范圍 超聲波的特性有：（1）波束特性超聲波的振動(dòng)頻率一般都比較大，計(jì)算可得它一個(gè)周期走的距離較短。超聲里模塊發(fā)射產(chǎn)生波長(zhǎng)為 8.6mm 左右，也正是由于它一個(gè)周期走的距離短，聲線(xiàn)才具有光線(xiàn)所擁有的一些特性，像反射折射這類(lèi)特性是一定具有的，還有就是可以有聚焦的現(xiàn)象。按照超聲波的形狀來(lái)分類(lèi)可以將其分類(lèi)，一是平面的波、二是柱面狀的波、三是像球面狀的波。平面形狀波顧名思義可知其波陣面為一面一面平行的面平行的面，平面狀的波源可以產(chǎn)生平面狀的波，對(duì)于源大小遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的固體平面波源在各個(gè)方向都相同性質(zhì)的勻狀介質(zhì)中行進(jìn)的波就可以看成是平面狀波。平面狀的波傳播中不會(huì)散開(kāi)，平面狀的波引起的介質(zhì)振動(dòng)時(shí)振動(dòng)幅度不會(huì)變動(dòng)并且就算距離改變它也不會(huì)變。同樣柱面形狀的波是指各個(gè)波面是有共同軸的圓柱面，直線(xiàn)形的源能夠發(fā)出這種波，線(xiàn)形的源且長(zhǎng)度大于波長(zhǎng)的源在各個(gè)方向都有相同特性的中間物質(zhì)中行進(jìn)的波是柱面狀的波，柱面狀的波的波束向四面八方散開(kāi)，與平面狀的波不同柱面狀的波引起中間物質(zhì)的振動(dòng)幅度反比于行進(jìn)路程的平方根。同樣波傳播的陣面是有相同球心的波叫做球面狀的波，產(chǎn)生這類(lèi)波的源是一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)源點(diǎn)的大小比波長(zhǎng)小很多時(shí)在各個(gè)方向有一樣特性的中間物質(zhì)中行進(jìn)的波認(rèn)為是球面形狀的波，它引起中間物質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度隨波的傳7播路程具有反比的關(guān)系。通過(guò)上面對(duì)各種波的解釋可以知道在超聲波測(cè)距里采用平面波對(duì)測(cè)量精度最有益。所以超聲波模塊產(chǎn)生的是方波 13。根據(jù)它的波長(zhǎng)小以及它的傳播所獨(dú)有的性質(zhì)可知即超聲波會(huì)兩種物質(zhì)的分界處會(huì)有反射的現(xiàn)象出現(xiàn)且兩個(gè)角度相等這兩個(gè)角是入射和反射角，同樣還有一點(diǎn)像光線(xiàn)從一種介質(zhì)行進(jìn)到新的介質(zhì)時(shí)會(huì)有折射的現(xiàn)象產(chǎn)生，發(fā)生折射的條件是當(dāng)聲波透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種聲速不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是說(shuō)折射會(huì)改變超聲波的傳播方向，折射角的大小與兩種介質(zhì)的聲速差有關(guān)系，兩種介質(zhì)的聲速差別愈大，則折入射角的差別會(huì)更大。傳播的波還具有疊加、干涉、衍射等特有性質(zhì)，疊加是指不一樣的波在空間碰到事，碰到處傳播介質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度為每個(gè)聲波使質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅度的矢量和。之后沒(méi)個(gè)波繼續(xù)以本身所具備的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等獨(dú)有性質(zhì)接著照之前的方位行進(jìn)，就跟從未碰到似的，這又稱(chēng)之為波的獨(dú)立性。波的干涉的概念指在二組波的頻率、振動(dòng)方向、相位相同或者是有一直不變的相位差值的條件下，傳播中間物質(zhì)中有些質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)增強(qiáng)或者有些質(zhì)點(diǎn)削弱亦或者整個(gè)的相抵掉的征象。（2）衰減特性超聲在各種中間物質(zhì)中行進(jìn)時(shí)，會(huì)由行進(jìn)路程的增大，超聲能量會(huì)慢慢削弱，此就是超聲的衰減的象征。造成超聲波能量的衰減具有關(guān)鍵的三個(gè)因素。分別為擴(kuò)散衰減、散射衰減、吸收衰減。擴(kuò)大散開(kāi)衰減主要與波型相關(guān)聯(lián)，是由于波束的擴(kuò)大散開(kāi)，超聲波的能量就著行進(jìn)路程的加大能量減弱。知道平面形狀波的波陣面還是平的面，故其聲波能量不會(huì)根據(jù)路程的增加去發(fā)生改變。但是球面波和柱面波的波陣面隨傳播距離增加波陣面面積變大，能量被分散，存在擴(kuò)散衰減。散射衰減指的超聲波在中間物質(zhì)內(nèi)行進(jìn)時(shí)，由于中間物質(zhì)晶界面兩側(cè)的晶粒聲阻抗不同，使得超聲波發(fā)生散亂散射引起能量削弱。相同的材料時(shí)超聲的頻率加大散射散射削弱愈加嚴(yán)重。吸收衰減是指超聲在中間物質(zhì)行進(jìn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)間相互摩擦和熱傳導(dǎo)降低超聲的能量降低。引起吸收衰減的程度是多因素的綜合結(jié)果，超聲波頻率、介質(zhì)的晶粒直徑、波長(zhǎng)、材料的各向異性系數(shù) 14。一般情況是這些系數(shù)越大衰減系數(shù)越大。另外一種情況是傳播超聲波介質(zhì)的而言。假如一列聲波頻率確定了，一般來(lái)說(shuō)在氣體中行進(jìn)時(shí)的衰減系數(shù)要比固體和液體中小。在本論文所涉及的實(shí)驗(yàn)里，都是超聲在氣體中間物質(zhì)中行進(jìn)時(shí)，吸收衰減較小。（3）超聲波的能量傳遞特性8描述超聲波能量的概念是聲強(qiáng)，所謂聲強(qiáng)是說(shuō)在一個(gè)單元時(shí)候內(nèi)垂直通過(guò)單元大小面積的聲能。超聲行進(jìn)至中間物質(zhì)時(shí)使中間物質(zhì)運(yùn)動(dòng)后得到動(dòng)能，中間物質(zhì)除了振動(dòng)還產(chǎn)生了形變而附加了勢(shì)能，中間物質(zhì)的總能量為兩者相加后的結(jié)果。超聲波能量通過(guò)介質(zhì)來(lái)傳遞，介質(zhì)的振動(dòng)是周期性的所以介質(zhì)里單位體積元的動(dòng)能和彈性勢(shì)能也是周期性變化的。時(shí)而為零時(shí)而最大。就好像體積元在不間歇的吸收和發(fā)出能量，這就表出超聲的能量是慢慢一份一份的發(fā)放到外界取得。與我們常見(jiàn)的系統(tǒng)相異的是單位元的動(dòng)能和勢(shì)能共同最大最小。原因是其受到摩擦力的影響而不遵守機(jī)械能守恒定律。根據(jù)其公式可知聲強(qiáng)大小與超聲的頻率成正比。而超聲的頻率一般都比較大因此超聲的能量很高，可以達(dá)到大炮聲強(qiáng)的十萬(wàn)倍。在很多的工業(yè)行當(dāng)中都會(huì)應(yīng)用超聲技術(shù)，關(guān)鍵要點(diǎn)正是由于超聲附有特別大的聲強(qiáng)。正是聲波如此作用讓中間物質(zhì)的分子也會(huì)跟著動(dòng)起來(lái)，還有就是二者的頻率相同，頻率確定了分子振動(dòng)的速度，速度跟頻率成正比。中間物質(zhì)的分子應(yīng)為振動(dòng)得到的能量不單單跟分子重量相關(guān)聯(lián)，但是要點(diǎn)還是中間物質(zhì)的振動(dòng)速度來(lái)決定,也就是說(shuō)頻率高能量也一樣的高。很明顯超聲頻率高出一大截對(duì)比于我們所聽(tīng)見(jiàn)的聲波，正因如此中間物質(zhì)能量大；這樣說(shuō)來(lái)，超聲波像是能量源頭不斷給物質(zhì)提供能量。 （4）超聲波的聲壓特性聲波行進(jìn)到中間物質(zhì)時(shí),因?yàn)槁暡ㄕ駝?dòng)使中間物質(zhì)分子對(duì)對(duì)方造成壓縮和稀疏的效果，這樣就必然造成中間物質(zhì)內(nèi)部的應(yīng)力有變化特別是在固體內(nèi)。聲壓就是聲波的作用導(dǎo)致中間固體有附加壓力。根據(jù)超聲場(chǎng)中某一確定點(diǎn)的聲壓公式可知聲壓的大小與中間物質(zhì)密度、波速、超聲波頻率有正比例的關(guān)系 13。3.3.2 超聲波換能器能夠?qū)⑵渌问降哪芰哭D(zhuǎn)換為超聲和能將超聲轉(zhuǎn)變成其它形式能量的裝配就是超聲傳感器，也可以稱(chēng)之為超聲換能器，或者事超聲波探頭。超聲波的探頭關(guān)鍵部件是壓電晶片、接頭、電導(dǎo)線(xiàn)、外殼、阻尼塊。這個(gè)東西能做到發(fā)生和接收超聲信號(hào)。在工業(yè)檢測(cè)探傷行業(yè)小功率探頭使用的比較多。現(xiàn)在使用的探頭針對(duì)各異缺陷檢驗(yàn)有很多不同的結(jié)構(gòu)，可分縱波直探頭、橫波斜探頭、產(chǎn)生表面波的表面波探頭、用于檢測(cè)板材的蘭姆波探頭、對(duì)探頭（一個(gè)探頭發(fā)射、一個(gè)探頭接收）等。超聲換能器的重要零件是金屬做的外殼抑或是塑膠殼里的壓電晶片一塊。很多材料可以用來(lái)制作壓電晶片。根據(jù)晶片的尺寸特性，如晶片平面的圓周半徑和9厚度各異，每個(gè)探頭的特性在用途上有不同點(diǎn)，為了選擇合適的探頭，在使用探頭之前好好了解這個(gè)探頭是不可或缺的。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率。傳感器工作時(shí)候的頻率就是壓電晶片達(dá)到共同振動(dòng)的頻率。當(dāng)加到壓電晶片不同端的相位不停跳動(dòng)的電信號(hào)與壓電晶片的共同振動(dòng)頻率一樣時(shí)，換能器的輸出的能量最大，探頭的靈敏度也最高。（2）工作溫度。超聲波探頭工作時(shí)環(huán)境的溫度是不確定，有時(shí)溫度較低，有時(shí)溫度較高。但是我們常用的傳感器的居里點(diǎn)比較高，因此在大部分情況下溫度對(duì)探頭的影響較小。檢測(cè)用的超聲換能器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率很小，工作氣溫不會(huì)高，所以能夠連續(xù)不斷的工作部影響結(jié)果。在醫(yī)院里用來(lái)檢查或者治療的儀器功率一般會(huì)打一點(diǎn)會(huì)輻射很多熱量。這樣溫度就會(huì)急劇升高，因此增加冷卻設(shè)備是一定要的。（3）靈敏度。超聲探頭的精確程度關(guān)鍵由自身的物理特性來(lái)確定。其機(jī)電耦合系數(shù)大，精確程度自然也高。2020000Hz 是我們能感應(yīng)到的一個(gè)頻率區(qū)間，就是所謂的可以聽(tīng)見(jiàn)的波，當(dāng)聲波頻率不在這個(gè)區(qū)間時(shí)，也就是說(shuō)少于 20Hz 的聲音叫做低頻聲波，頻率高于 20000Hz 的聲音叫做超聲波。毫無(wú)疑問(wèn)超聲波是直線(xiàn)來(lái)傳播的，且有很大的頻率時(shí)，繞過(guò)障礙物行進(jìn)的能力就下降，但反射能力越強(qiáng)的特性。因此，就可以通過(guò)超聲的具有的此類(lèi)特性來(lái)制造超聲換能器。此外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為 340ms 左右，有了充裕的時(shí)間給儀器來(lái)響應(yīng)。簡(jiǎn)化使用。在這個(gè)組合電路中選用了有壓電能的換能器。常用原來(lái)用在探頭上的事壓電晶體或陶瓷，換能器恰是運(yùn)用壓電材料的壓電作用運(yùn)行。相反的逆壓電效應(yīng)讓不斷快速變化的電振蕩換成晶片機(jī)械振動(dòng)，就是這樣發(fā)出了超聲波，利用此特性制成發(fā)射探頭；相反的用正過(guò)來(lái)的效應(yīng)，讓超聲變換成電信號(hào)被換能器接收 16。想 要 好 好 分 析 超 聲 的 特 性 和 在 生 活 生 產(chǎn) 中 運(yùn) 用 超 聲 波 ， 科 技 人 員 完 成 設(shè) 計(jì)和 制 作 了 各 種 發(fā) 出 超 聲 波 的 儀 器 。 很 簡(jiǎn) 單 的 分 了 兩 類(lèi) ： 電 氣 和 機(jī) 械 方 式 。 比 如說(shuō) 壓 電 和 磁 導(dǎo) 至 延 展 或 縮 短 ； 佳 兒 同 笛 、 液 體 哨 子 、 氣 流 旋 笛 子 。 這 些 發(fā) 出 超聲 指 標(biāo) 各 異 ， 用 武 地 方 也 不 一 樣 。 目 前 常 用 壓 電 式 超 聲 波 發(fā) 生 器 。 10圖 3.5 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)晶體有節(jié)奏的振動(dòng)是壓電式發(fā)生器的運(yùn)行依據(jù)。上面的圖就是發(fā)生器內(nèi)部的構(gòu)造了，一般是兩晶片一個(gè)共振板。如果兩邊的極加上了外加的脈沖刺激，并且頻率很好的與共振頻率結(jié)合，這個(gè)時(shí)候就有共振了再晶片上，附帶的把共振板也帶動(dòng)起來(lái)了，這就有了超聲波發(fā)射出來(lái)。另一方面看，如果晶片兩個(gè)極間什么都沒(méi)有加時(shí)但又有超聲波的燃動(dòng)，這時(shí)晶片會(huì)做受迫的振動(dòng)，就很輕松的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)了，按照這個(gè)就成了超聲波接收器了 17。如圖3.5所示。3.4 超聲波傳感器原理根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查開(kāi)放型的超聲波傳感器用的最多了，圖 3.6 已經(jīng)展示了開(kāi)放式傳感器的結(jié)構(gòu)，在它的底面根據(jù)位置安裝著一個(gè)復(fù)合式的振動(dòng)器。這個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器是由金屬片和壓電陶瓷片另外加上諧振器共同構(gòu)成的兩個(gè)晶片元件振動(dòng)器。用過(guò)的都知道諧振器是喇叭狀的，這樣設(shè)計(jì)的動(dòng)機(jī)是更優(yōu)的輻射超聲波而不損失能量，這樣還有一個(gè)效果是聚集超聲波在中央。如果說(shuō)交互變化的電壓作用在陶瓷上了，就會(huì)根據(jù)電壓的變化而產(chǎn)生有規(guī)律的機(jī)械振動(dòng)。另一方面，當(dāng)壓電陶瓷受超聲波擾動(dòng)是時(shí)，在陶瓷不同面上會(huì)產(chǎn)生交變電勢(shì)差。根據(jù)上面的理論，如果讓壓電陶瓷或和金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器條件是陶瓷和振動(dòng)器很好的組合在一起，分為單晶和多晶元件，外加一個(gè)交互變化的電信號(hào)時(shí)，陶瓷晶片因逆壓電效應(yīng)發(fā)生彎曲振動(dòng)而發(fā)出超聲波 18。從對(duì)立面來(lái)看，當(dāng)單晶元件或者雙壓電晶片元件接收到超聲波的擾動(dòng)時(shí)，同樣會(huì)因正壓電效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)交變電信號(hào)?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。11圖 3.6 超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)很明顯超聲波是一種機(jī)械振蕩，并且只有在彈性介質(zhì)中會(huì)傳播，其頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 20000Hz，按波型可以分為橫波和縱波，橫波為中間物質(zhì)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直而縱波為中間物質(zhì)振動(dòng)方向與波的傳播方向同向。超聲縱波能夠在三種狀態(tài)的物質(zhì)都可以傳播，只是速度不一樣而已，但是橫波就只有在固體中行進(jìn)了。超聲波有折射反射的特性前面已經(jīng)介紹，且在行進(jìn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生衰減。超聲波的基本特性如下所述：（1）波長(zhǎng)很簡(jiǎn)單的定理頻率乘波長(zhǎng)就得到速度了，而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為344m/s (20時(shí))。相對(duì)來(lái)說(shuō)聲波的傳播速度較小而頻率很大使得波長(zhǎng)較短，由于超聲波波長(zhǎng)較短超聲波傳感器可以獲得較高的距離和方向分辨率 19。因?yàn)檫@樣特有的性質(zhì)，使超聲測(cè)距儀工作運(yùn)行時(shí)有很大的概率得到較準(zhǔn)的結(jié)果。（2）反射利用超聲波的反射性質(zhì)可以用來(lái)探測(cè)在一定空間內(nèi)是否有物質(zhì)存在，如果接收到反射波，則空間內(nèi)一定存在反射體。聲吶技術(shù)就是利用反射技術(shù)探測(cè)潛在威脅。像金屬、木材、混凝土、玻璃、橡膠和紙這類(lèi)具有大的反射面的物體超聲波幾乎可以100反射，因此我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些物體。而布、棉花、絨毛等這里表面有孔隙的物質(zhì)可以吸收超聲波，因此很難利用超聲波反射原理來(lái)探測(cè)它們，潛艇利用這一原理增加隱身性能 20。另外超聲波在不規(guī)則反射體上會(huì)向各個(gè)方向反射，所以凹凸表面以及斜坡表面的物體很難探測(cè)到，這些因素決定了超聲波的理想測(cè)試環(huán)境是在空曠的場(chǎng)所，并且如果測(cè)試物體與超聲波傳播方向垂12直，測(cè)試的效果會(huì)更好。（3）溫度效應(yīng)聲波傳播的速度c 與溫度的關(guān)系式可以用下列公式表示。c =331.5+0.607t (m/s) 式中，t=溫度 ( )也就是說(shuō)，周?chē)h(huán)境的溫度會(huì)影響聲音在這種介質(zhì)中的傳播速度 21。因此，測(cè)量周?chē)h(huán)境的溫度對(duì)精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的距離是非常重要的，特別是冬季室內(nèi)外溫差很大時(shí)，溫度對(duì)超聲波測(cè)距的精度影響很大，為了減小這種影響可用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，但是本設(shè)計(jì)的測(cè)試環(huán)境主要是室內(nèi)，而且超聲波主要是用于測(cè)距功能，對(duì)測(cè)量精度要求并不是特別高，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。（4）衰減超聲波在空氣中傳播波強(qiáng)會(huì)隨著傳播距離的增大而成比例的減弱，主要是因?yàn)槌暡ㄓ龅秸系K物產(chǎn)生衍射現(xiàn)象導(dǎo)致聲能擴(kuò)散損失，第二個(gè)原因是介質(zhì)會(huì)吸收超聲波的能量轉(zhuǎn)換成介質(zhì)自身動(dòng)能和勢(shì)能。如圖3.7所示，表示聲能吸收率與聲波頻率的關(guān)系，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。圖 3.7 聲壓在不同距離下的衰減特性（5）聲壓特性聲壓級(jí) (S.P.L.) 是表示音量的單位，單位為分貝利用下列公式予以表示。S.P.L.= 20logP/Pre (dB)式中 ,“P”為有效聲壓 (bar)，“Pre ”為參考聲壓 (2×10-4bar)如圖3.8所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。13圖 3.8 超聲波傳感器的聲壓圖（6）靈敏度特性靈敏度是表示聲音接收級(jí)的單位，使用下列公式予以表示。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(bar)。超聲波傳感器的靈敏度直接影響著系統(tǒng)測(cè)距范圍，如圖3.9所示為幾種中常見(jiàn)超聲波傳感器的靈敏度圖，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 22。圖3.9 超聲波傳感器靈敏度示意圖（7）輻射特性在平整的臺(tái)面上安裝好超聲波傳感器。然后測(cè)量超聲波聲壓隨角度變化的規(guī)律。為了準(zhǔn)確地描繪出聲壓與角度的關(guān)系，規(guī)定聲壓 (靈敏度) 級(jí)衰減6dB的角度被稱(chēng)為半衰減角度，用1/2表示。由于超聲波探頭的尺寸較小能夠很方便的獲得精確的輻射角度。如圖3.10所示為幾種常見(jiàn)超聲波傳感器的輻射特性示意圖。14圖 3.10 超聲波傳感器輻射特性示意圖分析以上研究結(jié)果不難看出超聲波傳感器工作在 40KHz 范圍內(nèi)具有最大的聲壓級(jí)和最高的靈敏度 23。3.5 測(cè) 距 分 析本 課 設(shè) 制 作 的 超 聲 測(cè) 距 儀 使 用 于 測(cè) 量 與 聲 波 傳 播 方 向 垂 直 且 有 一 定 大 面 積的 平 面 之 間 的 距 離 ， 比 如 測(cè) 量 垂 直 墻 壁 的 距 離 。 當(dāng) 超 聲 波 測(cè) 距 儀 向 某 一 方 向發(fā) 射 40KHz 超 聲 方 波 時(shí) ， 在 發(fā) 射 的 同 一 時(shí) 刻 計(jì) 時(shí) 電 路 開(kāi) 始 計(jì) 時(shí) ， 超 聲 波 在 空氣 中 傳 播 ， 如 果 在 途 中 碰 到 有 一 定 面 積 的 障 礙 物 超 聲 波 被 立 即 反 射 回 來(lái) ， 超聲 波 測(cè) 距 儀 的 接 收 探 頭 接 收 到 反 射 波 時(shí) 計(jì) 時(shí) 電 路 馬 上 停 止 計(jì) 時(shí) 24。 根 據(jù) 物理 常 識(shí) 知 道 超 聲 波 在 空 氣 中 的 傳 播 速 度 為 340m/s， 由 電 路 計(jì) 時(shí) 器 記 錄 的 時(shí) 間t， 就 可 以 很 容 易 的 計(jì) 算 出 發(fā) 射 點(diǎn) 距 障 礙 物 的 距 離 (s)， 即 ： s=340t/2。超聲測(cè)距法有好幾種，比如回波測(cè)距法，或者是一發(fā)一收式測(cè)距法。但超聲回波檢測(cè)法是最最常用的測(cè)距法，因?yàn)檫@種方法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量更方便。對(duì)于一發(fā)一收式的雙探頭測(cè)距法，這種方法通常不好操作，就算能夠操作測(cè)量效果也差。在這個(gè)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生誤差，雙探頭的相對(duì)位置沒(méi)有擺放好等原因都會(huì)導(dǎo)致誤差 23。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)其聲速 V 與溫度有關(guān)。但在平常使用時(shí)，傳播介質(zhì)溫度變化一般都不大，認(rèn)為聲速基本沒(méi)有變化。如果實(shí)驗(yàn)要求很高的測(cè)距精度，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值修正 26。聲速確定后，只要測(cè)量出超聲波往返的時(shí)間，即可根據(jù)公式求出距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖 3.11 所示：15超聲波發(fā)射 障礙物SH超聲波接收?qǐng)D 3.11 超聲波的測(cè)距原理 cosSH（3.1） )(Lartg（3.2） 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: vtS2(3.3) 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（ 32） 、（ 33） 代入（ 3-1） 中得： cos2HLartgvt(3.4) 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);當(dāng)需要測(cè)量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L 時(shí),則( 34)變?yōu)?t21(3.5) 所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測(cè)量的距離 H.3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)16如圖 3.6 所示為時(shí)鐘電路。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置片內(nèi)振蕩器。可以采用石英晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器。如過(guò)用外部時(shí)鐘源來(lái)驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接電源。時(shí)鐘電路的一個(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期分為 2 個(gè)振蕩周期，這樣來(lái)說(shuō)一個(gè)機(jī)器周期就一共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us，在這個(gè)課設(shè)里晶體的振蕩器頻率為 40KHz27。CX1MHZTAL圖 3.6 時(shí)鐘電路圖3.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般分為兩種，第一種外部按鍵手動(dòng)復(fù)位和第二種上電自動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在 RESET 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是自動(dòng)復(fù)位電路 28。如圖 3.7 示為復(fù)位電路。17圖 3.7 復(fù)位電路圖3.8 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè) Speaker 和三極管、電阻接到單片機(jī)的 P23 引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路 29，如圖 3.8 示為聲音報(bào)警電路。圖 3.8 聲音報(bào)警電路圖3.9 顯示模塊顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路如圖 3.9 E1DP3C4G5H6F0AB78SQVRK圖 3.9 數(shù)碼管電路蜂 鳴 器N+184 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序的工作流程圖,如下圖 4.1 所示 30；系統(tǒng)初始化報(bào)警結(jié)束測(cè)得距離與設(shè)定值比較,小于距離比較，報(bào)警是否持續(xù)開(kāi)始啟動(dòng)報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警再次檢測(cè)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN19圖 4.1 主程序工作流程圖超聲波探測(cè)程序流程圖 4.2：圖 4.2 超聲波探測(cè)程序流程圖205 總結(jié)本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的超聲波智能測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)以 STC89C52 單片機(jī)為工作處理器核心，超聲波傳感器，它是一種新穎的被動(dòng)式超聲波探測(cè)器件，能夠以非接觸測(cè)出前方物體距離，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出.該報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是使用戶(hù)能夠操作簡(jiǎn)單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高。根據(jù)已經(jīng)制作完成的測(cè)量?jī)x的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以得出結(jié)論，儀器的測(cè)量值總是比實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)值要小、并且隨著測(cè)量距離的增大誤差越來(lái)越大。本課設(shè)制作的儀器測(cè)距范圍在 2-400cm。10 到 50 厘米的測(cè)量范圍內(nèi)誤差在 2.4 厘米以?xún)?nèi)。測(cè)距范圍 50 到 200 厘米時(shí)測(cè)量誤差會(huì)增大至 4 到 7 厘米。當(dāng)超過(guò) 200 厘米是誤差就會(huì)達(dá)到 10cm。造成誤差的原因有一下幾個(gè)方面：發(fā)射與接收間的時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響、超聲波波束與探測(cè)目標(biāo)的夾角、測(cè)量時(shí)周邊的環(huán)境。為了減少誤差可以采用時(shí)間增益補(bǔ)償?shù)姆椒ā＞唧w的做法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出誤差規(guī)律。在根據(jù)這些規(guī)律設(shè)計(jì)一種時(shí)間增益補(bǔ)償電路并且這種補(bǔ)償電路可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整其補(bǔ)償特性。通過(guò)這種方法可以有效的減少誤差。21參考文獻(xiàn) 1 時(shí)德鋼,劉曄,王峰等.超聲測(cè)距儀的研究J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002,17(7): 2325.2 潘仲明.大量程超聲波測(cè)距系統(tǒng)研究M.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 2006.3 韓贊東.超聲定位技術(shù)在汽車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用J .測(cè)控技術(shù), 2002, 13(8): 4546.4 夏伏洋.高精度超聲波智能測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J 電腦知識(shí)與技術(shù) , 2012, 3(4): 2126.5 胡福云.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀J .科學(xué)咨詢(xún)，2008, 15(3): 3843,.6 李世軍、周惠芳、金徐歡.基于單片機(jī)的超聲測(cè)距儀的研究與設(shè)計(jì) J. 湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011, 2(4): 3843.7 李麗霞.單片機(jī)在超聲波測(cè)距中的應(yīng)用電子技術(shù)J . 電子工業(yè) , 2002, 9(6): 3638.8 韓志軍等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.9 牟海榮.超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)D.華南理工大學(xué),2011: 910. 10 BIRD C.Quality 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匯編語(yǔ)言微機(jī)原理及接口技術(shù)M.第二版.南昌：電子工業(yè)出版社,2010.致謝由衷的感謝周瑞琪老師在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)提供的幫助，從選題開(kāi)始周老師就非常用心，在購(gòu)買(mǎi)完成課設(shè)的電子元件的問(wèn)題上老師更是做了很多功課，給我認(rèn)真的分析了應(yīng)該選用什么樣的單片機(jī)以及怎么樣的超聲波模塊，能夠使成品有較高的測(cè)量精度。在測(cè)距儀制作完成后調(diào)試階段遇到的問(wèn)題，周老師不辭勞苦的幫我檢測(cè)和改進(jìn)。最后周老師查出是單片機(jī)的程序沒(méi)有編對(duì)，最后周老師把新編好程序的單片機(jī)裝上系統(tǒng)的時(shí)候，才使得整個(gè)測(cè)距儀精確正常的工作。周老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度和平易近人的人格魅力對(duì)我的影響非常深遠(yuǎn)。最后在衷心感謝每一位給予過(guò)我?guī)椭娜恕?324附錄：中英文文獻(xiàn)翻譯名稱(chēng)-剩余磁場(chǎng)傳感的應(yīng)力測(cè)量25附 錄附錄 A：原理圖 R1K23890BCDEFGPQ4VH576SWsw-二N.T(X)IL/OUYMu蜂 鳴 器+rigcho數(shù) 碼 管 驅(qū) 動(dòng) 電 路電 源 接 口 電 路超 聲 波 接 口 按 鍵 電 路_26附錄 B：元件清單Comment Designator LibRef Quantity10K 電阻 R14 RES2 110uF 電容 C1 Cap Pol1 112M 晶振 Y1 16M 1D 指示燈 D1 D 1DS04 數(shù)碼管 DS1 DS04 1Header 2 電源接口 P2 Header 2 1sw-灰色 電源開(kāi)關(guān) SW1 sw-灰色 1U1 單片機(jī) U1 U1 1蜂鳴器 B1 BELL 18550 三極管 Q5 2N3906 120 電容 C2, C3 CAP 2Header 4 超聲波接口 J1, P1 Header 4 2SW-PB 獨(dú)立按鍵 S1, S2, S3, S4 SW-PB 48550 三極管 Q1, Q2, Q3, Q4 2N3906 42K 電阻 R4, R5, R6, R7, R13, R15 RES2 6200 電阻R1, R2, R3, R8, R9, R10, R11, R12 RES2 8