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解得

　　三、系统电路设计及软件编程实现

本系统中选择T/R-40-16型号的超声波探头，当施加于超声波传感器两电极上40kHz的振荡脉冲时，发射器工作腔内发生振动效应，产生40kHz的超声振荡机械波向空中辐射。接收传感器回收到 40kHz的超声振荡波时，接收器中的谐振腔(片形振子)和外部40kHz的超声波发生共振，将超声波转换成电信号去控制电子电路工作。由于超声波在媒质中传播时存在散射衰减,其衰减系数不仅与散射粒子的形状、尺寸和多少有关,还与媒质的性质和散射粒子的性质有关。在空气中,可以将空气中的散射粒子当作完全刚性的半径为α的小球,而且α<<,其中是超声波在同种环境下的波长。假设单位体积中有个散射粒子,则散射衰减系数为:

可以看出,在同种环境下,衰减系数与的四次方成反比,亦即与频率的四次方成正比。同时,我们也利用了超声波的这种衰减特性,在单片机一接收到中断信号后就关闭该中断,有效地消除了超声波的回波和反射波对发射器和接收器的影响。图1是本系统的电路图，图中只画出了一路接收探头的电路，本系统中将三个发射探头直接连在单片机的管脚上，由于探头感应到超声波后产生的电流非常微弱，故需要将三个接收探头经过两极放大之后依次接

　　在单片机的外部中断0、外部中断1和定时中断1上。每个发射探头发射三次超声波当接收探头感应到超声波时即产生中断，从而得到一个中断时间，进而可得到发射与接收探头之间的距离。图2 测量系统电路图

　　在本系统中首要编写单片机程序利用JTAG接口下载进单片机中，同时还要编写一个上位机程序，以实现对单片机读出的数据进行处理，并显示出所测量的结果。下面是实际距离和测量距离之间的对照关系：

　　第一次(m) 第二次(m) 第三次(m) 测量 实际 测量 实际 测量 实际 d1 0.255 0.248 0.389 0.375 0.470 0.455 d2 0.307 0.290 0.356 0.343 0.452 0.438 d3 0.295 0.287 0.346 0.337 0.485 0.473 d4 0.309 0.296 0.412 0.400 0.432 0.422 d5 0.272 0.266 0.435 0.421 0.435 0.423 d6 0.285 0.275 0.443 0.435 0.456 0.448 d7 0.252 0.248 0.456 0.444 0.478 0.463 表1 实际距离和测量距离对照表

　　通过平均误差率表明本系统精度已达到实际要求。在上位机程序中同时用一个活动的立体三角形来显示三个活动探头移动的轨迹。通过观察可发现程序中三角形的轨迹和三个探头实际运行轨迹完全吻合。在实际工程应用中可以用OPENGL、VEGA等三维仿真工具编写上位机程序与测量系统相结合。

　　四、结论

　　通过最终实验结果可以得知，此实验系统效果及精度符合实际操作的需要。同时本系统采用超声波探头和单片机为主体的设计思路，成本低，抗干扰能力强、具有良好的环境适应性，在较大范围和较高精度要求的定位功能也是可行的，具有很好的推广应用价值。

　　作者简介：刘新峰，在读硕士研究生，计算机科学与技术专业，研究方向嵌入式系统设计与应用。

　　参考文献：

　　< >丁镇生.传感及其遥控遥测技术应用[M].北京:电子工业出版社,2001.余永权.单片机在工业控制中的应用[M].北京:电子工业出版社,2000.王富东.超声波定位系统的原理与应用[J].自动化与仪表, 1998,(3).丁英强,徐可欣.超声波信号参数提取电路设计[J].电子测量技术,2006,22(4):152-153滕艳菲,陈尚松.超声波测距精度的研究[J].国外电子测量技术,2004(2):25-26.

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