式中，Ｔ為實(shí)際溫度（℃），ｖ的單位為ｍ／ｓ。

　　壓電式超聲波傳感器的原理

　　目前，超聲波傳感器大致可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生的超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生的超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。在工程中，目前較為常用的是壓電式超聲波傳感器。

　　壓電式超聲波傳感器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。壓電式超聲波發(fā)生器的內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，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(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)即為超聲波接收器。

　　反射式超聲波測(cè)距儀的硬件電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)系統(tǒng)、溫度補(bǔ)償電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、顯示電路構(gòu)成，如圖１所示。

　　本超聲波測(cè)距儀的具體工作過(guò)程如下，在單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)后，由ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８Ｂ產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，控制外圍電路產(chǎn)生４０ｋＨｚ的超聲波，經(jīng)整形放大后加到超聲波換能器發(fā)射出頻率為４０ｋＨｚ的超聲波。同時(shí)，計(jì)數(shù)ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８Ｂ內(nèi)部的定時(shí)器，測(cè)量超聲波信號(hào)從發(fā)出到接收所花的時(shí)間，并把經(jīng)超聲波換能器Ｒ接收到的超聲波信號(hào)放大、濾波、整形，并作為接收信號(hào)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器的輸入捕捉功能，完成超聲波測(cè)距的時(shí)間操作。同時(shí)，由溫度傳感器ＤＳ１８Ｂ２０測(cè)得當(dāng)前的環(huán)境溫度，讀入單片機(jī)，然后經(jīng)其處理，在液晶顯示屏上顯示相應(yīng)的測(cè)量值以及當(dāng)前溫度。

　　微控制器ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８Ｂ

　?。停茫梗樱保玻模牵保玻福率秋w思卡爾公司推出的Ｓ１２控制器中的一款１６位微控制器。其集成度高，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括ＳＰＩ、ＳＣＩ、Ｉ２Ｃ、Ａ／Ｄ、ＰＷＭ等，在ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)控制及加密方面有較強(qiáng)的功能。

　?。停茫梗樱保玻模牵保玻福挛⒖刂破鞑捎迷鰪?qiáng)型１６位Ｓ１２　ＣＰＵ，片內(nèi)總線時(shí)鐘頻率可達(dá)２５ＭＨｚ；片內(nèi)資源包括８ｋＢ?。遥粒?、１２８ｋＢ?。疲蹋粒樱?、２ｋＢ?。牛牛校遥希?、ＳＣＩ、ＳＰＩ及ＰＷＭ串行接口模塊；ＰＷＭ模塊可設(shè)置成４路８位或２路１６位，可寬范圍選擇時(shí)鐘頻率；它還提供２個(gè)８路１０位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)ＣＡＮ和增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器，并支持背景調(diào)試模式（ＢＤＭ）。

　　超聲波的發(fā)射電路

　　超聲波發(fā)射電路一般由超聲波反射器Ｔ、４０ｋＨｚ的超音頻振蕩器、驅(qū)動(dòng)（或激勵(lì)）電路等組成，本設(shè)計(jì)利用門電路產(chǎn)生４０ｋＨｚ的超聲波，組成的超聲波發(fā)射電路見圖２。

　　圖中，與非門７４ＬＳ００和ＬＭ３８６組成超聲波發(fā)射電路，用７４ＬＳ００構(gòu)成多諧振蕩器，通過(guò)調(diào)節(jié)２０ｋ的電位器，可產(chǎn)生超聲波發(fā)射的４０ｋＨｚ信號(hào)，其中Ｕ３Ａ為驅(qū)動(dòng)器，電路振蕩頻率ｆ≈１／２．２ＲＣ，單片機(jī)的控制信號(hào)由Ｕ２Ａ輸入。為增大超聲波的發(fā)射頻率，本設(shè)計(jì)利用了單運(yùn)放ＬＭ３８６，發(fā)射距離可達(dá)４ｍ。

　　超聲波的接收電路

　　超聲波接收電路如圖３所示。接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的超聲波接收器Ｒ，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)。為了進(jìn)行信號(hào)的整形，在設(shè)計(jì)中的ＣＭＯＳ電平的６非門芯片ＣＤ４０６９，可以減少電路的復(fù)雜程度，提高電路的帶負(fù)載能力。整形后的信號(hào)由Ｃ１耦合給帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊ＬＭ５６７的輸入端３腳，當(dāng)輸入信號(hào)的幅度落在其中心頻率上時(shí)，ＬＭ５６７的邏輯輸出端８腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖健?/FONT>