畢業(yè)設(shè)計論文-陽基于AT89C51單片機倒車防撞報警系統(tǒng)設(shè)計

1、 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文）摘 要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設(shè)計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。論文的內(nèi)容是基于at89c51單片機倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和at89c51單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于at89c51單片機的倒車防撞報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點。論文概述了超

2、聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。通過多種發(fā)射接收電路設(shè)計方案比較，得出了最佳設(shè)計方案，并對系統(tǒng)各個設(shè)計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。關(guān)鍵字：單片機 超聲波 at89c51 abstractis day by day prosperous along with the social economy development tran

3、sportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. traffic congestion condition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to re

4、spond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding

5、 design one kind of back-draft hits the alarm system.the paper is based on the contents of the at89c51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration at89c51

6、monolithic integrated circuit, at89c51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. the system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics. the paper outlines the development and the basic principles

7、 of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall composition of the system. through multiple launch reception circuit design comparison,

8、the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. on the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. finally, t

9、hrough the analysis of system error, giving the system improvement programme. key word：monolithic integrated circuit；ultrasonic wave；at89c51目 錄第1章 緒論11.1 超聲檢測發(fā)展綜述11.2 論文主要內(nèi)容和章節(jié)安排31.3 本設(shè)計時間安排3第2章 超聲波測距原理52.1 超聲波傳感器介紹52.1.1 超聲波傳感器特性62.2 超聲波檢測概述72.2.1 超聲探傷82.3 超聲測距原理及實現(xiàn) 9第3章 單片機超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)想103.1 超聲波測距系統(tǒng)總體

10、方案103.2 系統(tǒng)主要參數(shù)考慮113.2.1 傳感器指向角113.2.2 測距儀的工作頻率123.2.3 聲速123.2.4 發(fā)射脈沖寬度123.2.5 測量盲區(qū)13第4章 單片機倒車防撞報警系統(tǒng)各組成單元方案設(shè)計144.1 發(fā)射接收電路方案設(shè)計144.2 顯示報警單元方案設(shè)計224.2.1 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計224.2.2 系統(tǒng)報警電路設(shè)計234.3 單片機復(fù)位電路244.4 時鐘電路254.5 穩(wěn)壓電源25第5章 系統(tǒng)硬件及軟件實現(xiàn)275.1 單片機硬件介紹275.1.1 單片機at89c51介紹275.1.2 8155芯片介紹285.1.3 74ls244芯片介紹295.1.4 74ls

11、06芯片介紹 305.2 運算放大器315.3 lm567芯片介紹325.4 探頭ucm介紹 335.5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 345.5.1 主程序 345.5.2 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 37第6章 系統(tǒng)誤差分析及改進396.1 誤差產(chǎn)生原因分析396.1.1 溫度對超聲聲速的影響396.1.2 回波檢測對時間測量的影響406.1.3 超聲傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響406.2 針對誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進方案40參考文獻42致謝4343第1章 緒 論隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟

12、損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞報警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。1.1 超聲波檢測發(fā)展綜述高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標(biāo)志，而這是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的。設(shè)計和工藝人員理應(yīng)了解：非均一的組織結(jié)構(gòu)，隨機出現(xiàn)的

13、微觀，宏觀缺陷，常常可以有時甚至是只能依靠無損檢測技術(shù)的運用方可予以發(fā)現(xiàn)，評價。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力，使無損檢測技術(shù)在這方面已具有一定的能力有關(guān)?，F(xiàn)在，在工業(yè)發(fā)達國家，無損檢測在產(chǎn)品的設(shè)計，研制，使用部門已被卓有成效的運用，1981 年美國前總統(tǒng)里根在給美國無損檢測學(xué)會成立 40 周年大會的賀信中就說過：“你們能夠給飛機和空間飛行器，發(fā)電廠，船舶，汽車和建筑物等帶來更大程度的可靠性。沒有無損檢測，我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。”無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專業(yè)可以發(fā)展的最大動力。我國無損檢測技術(shù)是從無到有，從低級階

14、段逐漸發(fā)展到應(yīng)用普及的現(xiàn)階段水平。超聲波檢測儀器的研制生產(chǎn)，也大致按此規(guī)律發(fā)展變化。五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。如英國的 uct-2 超聲波檢測儀，重達 24kg，各單位積極開展試驗研究工作，在一些工程檢測中取得了較好的效果。五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進行仿制生產(chǎn)。隨后，上海同濟大學(xué)研制出 cts-10 型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20hg。該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。但當(dāng)時這種儀器只有個別科研單位使用，建工部門使用不多。直至七十年代中期，因無損檢測技術(shù)仍處于試驗階段，未推廣普及，所以儀器沒有多大發(fā)展，仍使用電子管式

15、的 uct-2，cts-10 型儀器。1976 年，國家建委科技司主持召開全國建筑工程檢測技術(shù)交流會后，國家建委將混凝土無損檢測技術(shù)列為重點攻關(guān)項目，組織全國 6 個單位協(xié)作攻關(guān)。從此，無損檢測技術(shù)開始進入有計劃，有目的的研究階段。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術(shù)的推廣普及。如羅馬尼亞 n2701 型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數(shù)碼顯示，儀器重量 10kg。七十年代，英國 c.n.s 公司推出僅有 3.5kg 重的 pundit 便攜式超聲儀。1978 年 10 月，中國建筑科學(xué)院研制出 jc-2 型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用

16、ttl 線路，數(shù)碼顯示，儀器重量為 5kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有 sc-2 型，cts-25 型，syc-2 型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應(yīng)用無損檢測技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。超聲波檢測技術(shù)是我國重點發(fā)展和推廣的新技術(shù)，其具有高精度，無損，非接觸等優(yōu)點。目前，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。國外在提高超聲波測距方面做了大量研究，國內(nèi)一些學(xué)者也做了相關(guān)研究。對超聲波測距精度主要取決于所測的超聲波傳播時間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，二者中以傳播時間的精度影響較大，所以

17、大部分文獻采用降低傳播時間的不確定度來提高測距精度。目前，相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結(jié)合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法。超聲波檢測技術(shù)作為無損檢測技術(shù)的重要手段之一，在其發(fā)展過程中起著重要的作用，它提供了評價固體材料的微觀組織及相關(guān)力學(xué)性能、檢測其微觀和宏觀不連續(xù)性的有效通用方法。由于其信號的高頻特性，超聲波檢測早期僅使用模擬量信號的分析，大部分檢測設(shè)備僅有a掃描形式，需要通過有經(jīng)驗的無損檢測人員對信號進行人工分析才能得出正確的結(jié)論，對檢測和分析人員的要求較高，因此，人為因素對檢測的結(jié)果影響較大，波形也不易記錄和保存，不適宜完成自動化檢測。八十年代后期，由于計算機技術(shù)和高速

18、器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能。目前國內(nèi)也相繼出現(xiàn)了各類數(shù)字化超聲波檢測設(shè)備，并已成為超聲波檢測的發(fā)展方向。廈門大學(xué)的某位學(xué)者研究了一種回波輪廓分析法。該方法在測距中通過兩次探測求取回波包絡(luò)曲線來得到回波的起點，通過這樣處理后超聲波傳播時間的精度得到了很大的提高。意大利的carullo等人介紹了一種自適應(yīng)系統(tǒng)，采用特殊的發(fā)射波形來獲得好的回波包絡(luò)，同時采用對環(huán)境噪聲進行估測，設(shè)置一定的回波開平電路，且采用自動增益的控制放大器，通過這些措施來提高超聲波的探測精度。另外，也有大量的文獻研究采用數(shù)字信號處理技術(shù)和小波變換理論來提高傳輸時間的精度。這些處理方法都取得了較好的效果

19、。目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度很快。國內(nèi)近幾年也相繼出現(xiàn)了許多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。國際上對超聲波檢測數(shù)字化技術(shù)的研究非常重視，國外生產(chǎn)類似產(chǎn)品和研究的公司有美國的泛美（panametrics）公司、metec公司，加拿大的r/d tech公司，德國的k-k公司、法國的sofratest公司和西班牙的tecnatom公司等等，上述這些公司生產(chǎn)的超聲波檢測采集、分析和成像處理系統(tǒng)的技術(shù)水平較高，在世界上處于領(lǐng)先水平。隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會帶來較大的測試誤差。進一步要求以后生

20、產(chǎn)的超聲儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的 2000a 型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機打印。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進行后處理及有關(guān)程序的開發(fā)。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計上有重大突破和創(chuàng)新，達到了國際先進水平。目前，計算機

21、市場價格大幅度下降，采用非一體化超聲波檢測儀器，計算機可發(fā)揮它一機多用的各種功能，實際上是最大的節(jié)約。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨的超聲儀，計算機可充分發(fā)揮各自特點。高智能化檢測儀器只能滿足檢測條件，使用環(huán)境，重復(fù)性測試內(nèi)容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。儀器設(shè)計也應(yīng)從實際情況出發(fā)，才能滿足用戶的要求。綜上所述，我國超聲波儀器的研制與生產(chǎn)，有較大發(fā)展，有的型號已超過國外同類儀器水平。1.2 本論文的主要內(nèi)容，章節(jié)安排本論文第一章緒論部分主要介紹了超聲波的發(fā)展?fàn)顩r，以及目前的現(xiàn)狀和前景。第二章超聲波測距原理主要介紹了超聲波傳感器，超聲波傳感器的特性，傳感器的檢測概述和超聲波測距的

22、原理及實現(xiàn)。第三章單片機倒車防撞報警系統(tǒng)總體構(gòu)想主要介紹了超聲測距系統(tǒng)的總體方案，系統(tǒng)主要參數(shù)考慮和超聲測距系統(tǒng)的總體構(gòu)成。第四章超聲波測距系統(tǒng)各組成單元方案設(shè)計(包括發(fā)射接收電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、報警電路設(shè)計、晶振電路設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計等)。并詳細介紹了最終確定的各單元設(shè)計方案以及最終方案的設(shè)計原理。第五章系統(tǒng)硬件軟件實現(xiàn)部分主要介紹了各模塊中的硬件部分以及軟件的實現(xiàn)。第六章給出系統(tǒng)的誤差分析和系統(tǒng)改進。1.3 本設(shè)計時間安排第01周至第02周：查閱中文及英文資料（并翻譯一篇外文資料），了解超聲波測距技術(shù)和單片機技術(shù)，收集相關(guān)資料。第03周至第03周：完成畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告，并開始進

23、行畢業(yè)設(shè)計。第04周至第07周：完成超聲測距方案論證與比較設(shè)計，完成控制模塊的電路設(shè)計和方案論證；第08周至第09周：完成外圍電路和電路控制模塊的硬件設(shè)計；第10周至第12周：完成電路控制模塊的軟件設(shè)計；第13周至第15周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文；第16周至第16周：畢業(yè)設(shè)計（論文）小組答辯；第17周至第17周：答辯。第2章 超聲波測距原理2.1超聲波傳感器介紹超聲波由于其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優(yōu)點，而經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井

24、深、管道長度等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(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。超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”

25、。壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓

26、電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會使其產(chǎn)生機械變形，這種

27、機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機械波相同的電信號。圖2.1壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，

28、超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。2.1.1超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以szw-s40-12m 發(fā)射型超聲波傳感器為例進行說明。一、頻率特性圖2.2超聲

29、發(fā)射傳感器頻率特性圖 2.2是超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線。其中，f040khz 為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在 f0處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機械波最強，也就是說在 f0處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。而在 f0兩側(cè)，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 f0的交流電壓來激勵。另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在 f0處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 f0處接收靈敏度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻r 也有很大關(guān)系，如果 r 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在

30、這個共振頻率上靈敏度很高。如果 r 較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。二、指向特性實際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點看成一個振蕩源，輻射出一個半球面波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。2.2 超聲波檢測概述超聲波是一種頻率超過 20khz 的機械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦苑瓷?、折射、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、?/p>

31、幅小、加速度大等特點，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。超聲波在介質(zhì)（固體、液體、氣體）中傳播時，利用不同介質(zhì)的不同聲學(xué)特性對超聲波傳播的影響來探查物體和進行測量的技術(shù)稱為超聲檢測。當(dāng)超聲波以脈沖形式在介質(zhì)中傳播時，利用反射這一性質(zhì)，在金屬，非金屬中用來探測缺陷的位置和性質(zhì)，從而對鋼板、鍛件、焊縫、混凝土、人造石磨等進行探傷檢驗；在水中，根據(jù)反射波可以探測潛水艇和魚群，測量海底深度以及探查海

32、底底層等；在人體中則可以協(xié)助臨床診斷疾病（如肝膿腫、腫瘤、膽結(jié)石等）和探測胎兒等。利用超聲連續(xù)波的共振性質(zhì)，可以測量高壓容器，鍋爐，輪船甲板等的厚度或腐蝕程度，也可制成機械濾波器。利用超聲波的衰減特性，可以研究或測量材料的物理性質(zhì)。當(dāng)超聲波射到運動體時，利用多普勒效應(yīng)，可以測量流速流量，探測心臟血管搏動等。若將超聲波作為載波傳送某些信號，則可制成水中電話，水中遙測儀等，以進行水中通信。利用超聲波在固體，液體中傳播的速度遠小于電磁波這一特性，可制成超聲延遲線和存儲裝置以及進行電視制式的轉(zhuǎn)換。還可利用超聲波檢漏、測量液位、粘度、硬度和溫度等。除此之外、聲發(fā)射、聲成像技術(shù)（包括聲全息成像技術(shù)）的發(fā)展

33、更大大豐富了超聲檢測的內(nèi)容。超聲波測量在國防、航空航天、電力、石化、機械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內(nèi)部情況。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點，有利于工程實際使用。近十幾年來，由于微機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理技術(shù)以及超聲波產(chǎn)生和接收新技術(shù)的發(fā)展，突破了常規(guī)超聲檢測的限制，進一步開拓了其適用范圍。2.2.1 超聲探傷超聲波在被檢材料（金屬、非金屬）中傳播時，利用材料本身或內(nèi)部缺陷所示的聲學(xué)性質(zhì)對超聲波傳播的影響來檢

34、測材料的組織和內(nèi)部缺陷的方法，稱為超聲探傷。它是一種非破壞性的材料實驗方法，即不需破壞被檢材料或工件就能探測其內(nèi)部各種缺陷（如裂紋、氣泡、夾雜物等）的大小，形狀和分布狀況以及測定材料性質(zhì)。超聲探傷具有靈敏度高、快速方便、易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于機器制造、冶金、化工設(shè)備、國防建設(shè)等部門，已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量、確保安全的一種重要手段。超聲探傷按其方法和目的可分為如下諸種：一、脈沖反射法把超聲脈沖發(fā)射到物體中再接收來自物體中的反射波，這種探傷方法稱為脈沖反射法。它是超聲探傷中最基本的方法。在脈沖反射法中，根據(jù)聲束傳播情況可分為直探法和斜探法；根據(jù)探傷所用波形可分為縱波探傷法、橫波探傷法、表面

35、波探傷法和板波探傷法；根據(jù)探頭個數(shù)和作用可分為單探頭法和雙探頭法；根據(jù)聲耦合方式可分為直接接觸法和水浸法等等。由于這些方法具有各自的特點，所以廣泛用來對金屬和非金屬材料及其制品進行無損檢驗。二、穿透法利用穿過被檢物體的超聲波的穿透率和有無聲影進行探傷檢驗的方法稱為穿透法。穿透法有連續(xù)波穿透法，脈沖穿透法和共振穿透法等。此方法的優(yōu)點是適用于薄工件；由于超聲波傳播路程僅為反射法的一半，故適用于檢查衰減大的材料；探傷圖形直觀，只要定好檢查標(biāo)準(zhǔn)就可以進行作業(yè)；易實現(xiàn)自動探傷、檢查速度快。缺點是不能知道缺陷的深度位置；缺陷探測靈敏度一般比反射法低，難以檢查較小缺陷。三、共振法把頻率連續(xù)改變的超聲波射入被

36、檢材料，根據(jù)材料的共振狀況測量其厚度或檢查有無缺陷等材料性質(zhì)的方法稱為共振法。共振法一般用來測量金屬板、管壁、容器壁的厚度或腐蝕程度，測量聲速，檢查板中的分層和進行材質(zhì)判定。四、聲阻法聲阻法是利用被測物件的振動特性，即被測物對探頭所呈現(xiàn)的機械阻抗的變化來進行檢測的一種無損檢測法。它多用于檢測物體表面的成層情況，例如用來檢查基體材料上附粘的膜片是否粘接上等。它的工作頻率范圍一般都較低（如幾千赫茲）。用這種方法工作時，把探頭和被測件直接接觸，使被測件和探頭結(jié)合在一起構(gòu)成一個共振體，探頭一方面是振動源，同時也是檢測部件，當(dāng)被測件的有效厚度不同時（例如，若膜片未粘上，則有效厚度僅為膜片的厚度，若已完好

37、的粘接上，則有效厚度包括膜片和基體材料的厚度），該共振體頻率特性就不同，從而可根據(jù)其頻率特性來判定膜片在某個小區(qū)域的粘接情況。2.3 超聲波測距的原理及實現(xiàn)超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于應(yīng)用要求限定，在這里使用脈沖反射式，即利用超聲的反射特性。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，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停止計時。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為 c=340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=c*t/2=c*t0 （2-1）其中，t0就

38、是所謂的渡越時間?？梢钥闯鲋饕糠钟校?(1) 供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器（發(fā)射電路）；(2) 使接收和發(fā)射隔離的開關(guān)部分；(3) 轉(zhuǎn)換電能為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中的發(fā)射傳感器；(4) 接收反射聲能（回波）和轉(zhuǎn)換聲能為電信號的接收傳感器；(5) 接收放大器，可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備；(6) 記錄/控制設(shè)備，通?？刂瓢l(fā)射到傳感器中的電能，并控制聲能脈沖發(fā)射到記錄回波的時間，存儲所要求的數(shù)據(jù)，并將時間間隔轉(zhuǎn)換成距離。在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。故在超聲波測量中，常使用 40khz 的超聲波。目前超聲波測量的距

39、離一般為幾米到幾十米，是一種適合室內(nèi)測量的方式。由于超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。距離測量系統(tǒng)常用的頻率范圍為 25khz300khz 的脈沖壓力波，發(fā)射和接收的傳感器有時共用一個，或者兩個是分開使用的。發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負(fù)責(zé)向傳感器輸出一個有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去；接收放大器用于放大回聲信號以便記錄，同時為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號，接收放大器要有足夠的頻帶寬度；收/發(fā)隔離則使接收裝置避開強大的發(fā)射信號；記錄/控制部分啟動或關(guān)閉發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時及接收的瞬時，并將時差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記

40、錄。第3章 單片機超聲波測距構(gòu)想該超聲測距系統(tǒng)的應(yīng)用背景是基于 dsp 的超聲信號檢測中的先期部分。因此初步計劃是在室內(nèi)小范圍的測距，限定在 4 米之內(nèi)。本章從整體結(jié)構(gòu)角度討論了測距系統(tǒng)的組成及一些系統(tǒng)主要參數(shù)。3.1超聲波測距系統(tǒng)的總體方案系統(tǒng)的設(shè)計及器件的選擇也正是在這個基礎(chǔ)上進行的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。圖 3.1 超聲波測距硬件電路圖電子市場上常見的超聲探頭是收發(fā)分體式，一般頻率為 40khz。如果需要更高頻率的超聲探頭，比如幾百赫茲或者幾兆赫茲的頻率，就需要到專業(yè)經(jīng)營超聲產(chǎn)品的廠商去購買或者定制。鑒于有限的條件，擬選用的探頭是 40khz 的超聲傳感器，有一支接收傳感器 szw

41、-r40-10p和一支發(fā)射傳感器szw-s40-12m，其特性參數(shù)如表 3.1所示。發(fā)射電路通常有調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈（有時裝在探頭內(nèi)），諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。為了將一定頻率、幅度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的兩端，使其振動發(fā)出超聲。電路頻率的選擇應(yīng)該滿足發(fā)射傳感器的固有頻率 40khz，這樣才能使其工作在諧振頻率，達到最優(yōu)的特性。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因為對同一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接收傳感器上接收的回波

42、功率就比較大，對于接收電路的設(shè)計就相對簡單一些。但是，每一支實際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)工作電壓超過了這個極限值之后，會對傳感器的內(nèi)部電路造成不可回復(fù)的損害。因此，工作電壓不能超過這個極限值。同時，發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強度。電阻大時阻尼小，發(fā)射強度大，儀器分辨率低，適宜于探測厚度大，對分辨力要求不高的試件。電阻小時阻尼大，分辨率高，在探測近表面缺陷時或?qū)Ψ直媪τ休^高要求時應(yīng)予采用。表3.1傳感器特性參數(shù)發(fā)射部分的點脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進行處理就必須放大到一

43、定的幅度。接收部分就是由三級放大電路，檢波電路及門限判別電路構(gòu)成的，其中包括雜波抑制電路。最終達到對回波進行放大檢測，產(chǎn)生一個單片機能夠識別的中斷信號作為回波到達的標(biāo)志。但是由于超聲傳感器固有特性，即盲區(qū)的存在，對于回波的接收和處理造成了相當(dāng)程度的影響。3.2系統(tǒng)主要參數(shù)考慮系統(tǒng)的主要參數(shù)有傳感器的指向角、測距的工作頻率、聲速、脈沖寬度、測量盲區(qū)等，下面做介紹并闡述。3.2.1 傳感器的指向角傳感器的指向角是聲束半功率點的夾角，是影響測距的一個重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響測量的分辨率。對圓片傳感器來說，它的大小與工作波長，傳感器半徑 r 有關(guān)。由(2/)*r*sin(/2)=1.615 (3-1)

44、選 f0=40khz 時，c/f0=8.5mm。當(dāng) f0選定后，指向角近似與傳感器半徑成反比。指向角愈小，空間分辨率愈高，則要求傳感器半徑 r 愈大。鑒于目前電子市場的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低成本，在不降低空間分辨率的條件下，選用國產(chǎn)現(xiàn)有壓電傳感器片最大半徑 r=6.3mm，故=2*arcsin(1.615/2*r)=75。3.2.2 測距儀的工作頻率由文獻5知，空氣中超聲波的衰減系數(shù)為=as=af2+bf4。所以，空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波頻率，一般在 40khz 左右。太高頻率的超聲波在空氣中是無法傳播開去的。傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超

45、聲波的擴散和吸收損失，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。工作頻率的確定主要基于以下幾點考慮：(1) 如果測距的能力要求很大，聲波傳播損失就相對增加，由于介質(zhì)對聲波的吸收與聲波頻率的平方成正比，為減小聲波的傳播損失，就必須降低工作頻率。(2) 工作頻率越高，對相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長短，尺寸分辨率高，“細節(jié)”容易辨識清楚，因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。(3) 從傳感器設(shè)計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大，因而選擇測距儀工作頻率在 40k

46、hz，定為 44khz。這樣傳感器方向性尖銳，且避開了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)射和接收帶來困難。3.2.3 聲速由公式(2-1)，聲速的精確程度線性的決定了測距系統(tǒng)的測量精度。傳播介質(zhì)中聲波的傳播速度隨溫度，雜質(zhì)含量，和介質(zhì)壓力的變化而變化。聲速隨溫度變化公式為v=331.40.607t(mm/ms) (3-2) 式中，t 是溫度。由于該測距系統(tǒng)用于室內(nèi)測量，且量程也不大，溫度可以看作定值。在常溫下，聲音在空氣中的傳播速度可依據(jù)上式計算出為 340 mm/ms。3.2.4發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度決定了測距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同時與信號的發(fā)射能量有關(guān)

47、。根據(jù)資料，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。但是根據(jù)實際的經(jīng)驗，過寬的脈沖寬度會增加測量盲區(qū)，對接收回波及比較電路都造成一定困難。在具體設(shè)計中，比較了 24s (1 個 40khz 脈沖方波)，120s( 5 個 40khz 脈沖方波)，240s (10 個 40khz 脈沖方波)，720s( 30 個 40khz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度作為發(fā)射信號后的接收信號，最終選用 120s (5 個 40khz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度。此時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方面來衡量比較適中。3.2.5測量盲區(qū)在以傳感器脈沖反射方式工作的情

48、況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵傳感器的同時也進入接收部分。此時，在短時間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對缺陷進行定量評價會使結(jié)果偏低，有時甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下：當(dāng)發(fā)射超聲波時，發(fā)射信號雖然只維持一個極短時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機械慣性作用）。因此，在一段較長時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍具一定幅值高度，

49、可以達到限幅電路的限幅電平 vm ；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號卻遠比發(fā)射信號小，即使是離探頭較近的表面反射回來的信號，也達不到限幅電路的限幅電平。當(dāng)反射面離探頭愈來愈遠，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。在超聲波檢測中，接收信號的衰減總是比發(fā)射信號余振衰減慢的多。為保證一定的信噪比，接收信號幅值需達到規(guī)定的閾值 vm ，亦即接收信號的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號。第4章 單片機倒車防撞報警系統(tǒng)各組成單元設(shè)計該超聲波測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射與接收電路、單片機硬件接口電路、顯示報警電路組成，下面主要通過各個模塊的各種方案比較，確定設(shè)計的最終方案。該系統(tǒng)的

50、核心部分采用性能較好的at89c51單片機。4.1發(fā)射與接收電路的設(shè)計方案超聲波發(fā)射與接收電路是整個系統(tǒng)的重要部分，因此確定一種好的設(shè)計方案關(guān)系整個系統(tǒng)的精確性和安全可靠性。本文通過多種方案比較，以達到最佳方案確定。設(shè)計方案一：由施密特振蕩器和數(shù)字功放電路組成，由p1.0口發(fā)出的同步脈沖信號如圖4.1。它啟動振蕩器，輸出40khz的高頻信號，經(jīng)整形及功放電路，加至發(fā)射換能器，發(fā)出40khz的超聲波。接收電路主要由回波放大接收及比較控制電路組成，如圖4.1所示。圖4.1 接收控制及接口電路初始，比較器a1同相端已經(jīng)通過調(diào)整rr，使其電壓略高于2.5v。因此a1應(yīng)輸出高電平，但由于d1相位作用，a

51、1輸出低電平，即rs觸發(fā)器的=0，q=1， =1，= 0。當(dāng)p1.0發(fā)出啟動信號，在a點形成正脈沖，經(jīng)n1反相，= 0，d1相位釋放，= 1，q=0，= 1（正跳），t0計數(shù)器開始計數(shù)。脈沖過后，= 1，=1，q=0，= 1?；夭ㄐ盘柦?jīng)放大濾波，送至比較器a1的反相端，它是疊加在2.5v電壓上的交變40khz的信號。它的前沿使a1輸出低電平。=0，= 1，q=1，= 0（負(fù)跳），即獲得負(fù)跳沿信號，cpu響應(yīng)中斷，t0計數(shù)停，計數(shù)值n1送存ram。由于發(fā)射探頭和接收探頭都是平行放置且距離較近，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時，接收探頭會引起強烈的感應(yīng)信號，因此必須將其隱去。當(dāng)p1.0輸出啟動信號，主控同步脈

52、沖加至比較器a2時，a2輸出一個遠大于2.5v的電壓，經(jīng)過d2降壓后約為7.5v左右，加至a1同相端，又c2的延遲作用，a1同相端產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，它的幅度和寬度均大于發(fā)射串?dāng)_信號，a1輸出端即rs觸發(fā)器的端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號將被隱去。這段時間稱為盲區(qū)，約2ms。設(shè)計方案二:40khz的超聲波發(fā)送脈沖信號由單片機的p1.0口送出，發(fā)出一系列的脈沖群，每一個脈沖群的持續(xù)時間大約為0.5ms左右。信號經(jīng)過三極管放大，再經(jīng)過阻抗匹配電路即變壓器（變壓器輸入輸出比為1：10）后，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭，發(fā)射換能器兩端就加上了高電壓，內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過壓電換能器將發(fā)出40khz的脈沖超

53、聲波。當(dāng)超聲波遇到障礙物時就會產(chǎn)生反射波，發(fā)射波返回到超聲波傳感器上，盡管發(fā)射部分的脈沖電壓比較高，但是由回波引起的接受壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓幅度近距離有幾毫伏，遠距離還不到幾毫伏，由于在較遠距離的情況下，聲的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號的幅值也很小，為此要求將信號放大6000倍左右。信號經(jīng)過放大整形電路產(chǎn)生一個負(fù)脈沖信號，使單片機產(chǎn)生中斷。在接收端第一級，要求其放大倍數(shù)為了c945這62倍左右，所以選擇只三極管，達到了放大倍數(shù)。第二三級選用了一枚集成放大器ne5532，它集成了兩個放大器，可達到預(yù)定放大倍數(shù)。設(shè)計方案三:1、發(fā)射電路發(fā)射電路由555多諧振蕩器和數(shù)字功率放大器組成。采用555 多

54、諧振蕩器可以實現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)，并且電路設(shè)計簡單占用面積小。如圖4.2所示，由單片機.p1.0口發(fā)出同步脈沖信號，該同步脈沖啟動多諧振蕩器，使其輸出20khz的高頻電壓信號，經(jīng)過整形及功放電路加至超聲波換能器探頭，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，產(chǎn)生振動頻率為20khz 的超聲波。2、接收電路接收電路主要由回波放大接收電路及比較電路組成。如圖4.3所示，首先調(diào)節(jié)可調(diào)電阻使比較器a1 同相端電位高于2.5v。由于d1輸出低電平， 而反相器n 輸出高電平，所以有rs 觸發(fā)器的=0，=1，q=1，=0當(dāng)p1.0發(fā)出啟動信號（如圖4.2中的（1）所示）經(jīng)過微分電路形成的同步脈沖信號通過反相器n 的反相功能，=0，

55、d1 箝位釋放=1，q=0，=1（正跳變），t0 計數(shù)器開始記數(shù)，脈沖經(jīng)過之后=1，q=0，=1。 回波信號經(jīng)過放大濾波送至比較器a1的反相端，它是疊加在2.5v上的頻率為20khz的高頻電壓信號。如圖4.2中的（3）所示，其前上升沿使a1輸出低電平，=0，=1，q=1，=0（負(fù)跳變）；即獲得負(fù)跳沿信號，cpu 響應(yīng)中斷請求，使t0計數(shù)器停止計數(shù)，記數(shù)值n 送存ram。3、盲區(qū)干擾信號的消隱通常發(fā)射換能器和接收換能器都是平行放置且距離較近。當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時接收換能器接收到的第一個波是串?dāng)_直通波，也稱泄漏波它是近源的波束旁瓣或通過繞射由發(fā)射換能器直接到達接收換能器而造成的。因此，通常接收探

56、頭會引起強烈的感應(yīng)信號。所以必須將其隱去,當(dāng)p1.0輸出啟動信息,同步脈沖加至比較器a2時，a2 輸出一遠大于2.5v 的電壓， 經(jīng)d2降壓后大約等于7.5v，加至a1同相端，由于c1延遲作用，a1同相端將產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，如圖4.2中的（4）所示。它的寬度和幅度都大于發(fā)射串?dāng)_信號，a1 輸出端即rs觸發(fā)器s端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號將被隱去，這段時間稱為盲區(qū)，約2毫秒。圖4.2 測距脈沖圖圖4.3 超聲波回波接收電路設(shè)計方案四:1、發(fā)射電路發(fā)射電路由脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射電路組成。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生40khz 脈沖電壓。它由與非門和電阻電容構(gòu)成振蕩電路，由單片機p1.1 口控制

57、其是否工作。其電路圖如圖1所示。脈沖產(chǎn)生電路的輸出電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓后輸出到超聲傳感器。其中，脈沖變壓器對脈沖電壓變換值的大小直接影響測距范圍，應(yīng)盡量提供脈沖變壓器副邊電壓幅值。2、接收電路接收電路的主要任務(wù)是檢測回波，并向單片機發(fā)出中斷以停止計時。接收電路設(shè)計的好壞直接影響超聲波在空氣中傳播時間的測量。接收部分電路由檢波電路、濾波放大電路和整形電路組成。檢波電路拾取回波中的正半波，以便后級電路放大；整形電路把回波信號整理為單片機系統(tǒng)能夠接收的信號并向單片機申請中斷以停止計時。接收電路的主體是濾波放大電路。由于超聲回波信號十分微弱并含有噪聲，s/n較小，所以接收電路設(shè)置了兩級高q值的濾波放大