的压电功能材料，具有优良的压电性能。其优点如下.所有原材料廉价且易得.具有非水溶性，遇潮不易损坏.压电性能优越.品种繁多性能各异，可满足不同的设计要求.机械强度好，易于加工成各种不同的形状和尺寸.采用不同的形状和不同的电极化轴，可以得到所需的各种振动模式.制作工艺简单，生产周期较短，价格适中超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性图声压能级图灵敏度图和图是超声波发射传感器的升压能级和灵敏度。其中，处为超声发射传感器的中心频率，在处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在处所产生的超声声压能级最高。而在两侧，声压能级迅速衰减。因此，超声波发射传感器定要使用非常接近中心频率的交流电压来激励。另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲线在处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在处接收灵敏度最高。因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻也有很大关系，如果很大，频率特性是尖锐共振的，并目在这个共振频率上灵敏度很高。如果较小，频率特性变得光滑而具有较宽得带宽，同时灵敏度也随之降低。并目最大灵敏度向稍低的频率移动。因此，超声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有较高得接收灵敏度。考虑到实际工程测量要求,可以选用超声波的频率,波长.。.指向特性实际的超声波传感器中的压电晶片是个小圆片，可以把表而上每个点看成个振荡源，辐射出个半球波子波，这些子波没有指向性。但离开超声传感器得空间点的声压是这些子波迭加的结果衍射，却有指向性。如图是超声波的指向特性图。图指向性超声传感器的指向图由个主瓣和几个副瓣构成，其物理意义是度时电压最大，角度逐渐增大时，声压减小。超声传感器的指向角般为到度，课题要求发射传感器的指向角为度。压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。如图，超声波发生器内部结构有两个压电晶片和个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。图反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了，如图.图超声波传感器的应用超声在许多领域内比可听声的用途更加广泛，是基于以下凡个原因.具有方向性，超声波的频率越高，则方向性越强。.在无损探伤水下声纳系统超声测距系统中方向性是个重要的考虑因素。.超声波的频率越高，则波长越越短，波长可以小到与超声传播媒介材料尺寸相比更小的程度。在高分辨率探伤微小厚度测量高精度测距中，这点相当重要。.超声是不可听声，这样就避免产生噪声，因而超声具有绿色特性。当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时，这种类型称为透射型。适用于在空气中传播，工作频率般为及。这类传感器适用于测距遥控防盗等用途。透射型可用于遥控器防盗报警器接近开关等。超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型，分离式反射型可用于接近开关测距测液位或物位金属探伤以及测厚等。第章倒车雷达原理.超声波测距原理本设计利用超声波测距仪测得的距离作为倒车依据。超声波产生分为有源和无源两种方式，本设计里用的有源测距。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为.米秒，由单片机负责计时，单片机使用晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波测距的原理般采用渡越时间法，也可以称为回波探测法，如图所示。超声波发射器向方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据传声介质的不同，可分为液介式气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和发收双探头方式。而倒车雷达般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中的传播速度为实际速度为这里取整数，根据计时器记录的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离。公式如由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。限制倒车雷达系统的最大可测距离存在个因素超声波的幅度反射的质地反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。声波的速度与温度有关。如果环境温度变化显著,则必须考虑温度。由于超声波也是种声波，其声速与温度有关，表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是所谓的时间差测距法。表声速与温度的关系超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接受的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与以上方式是样的。测距的公示为式中为测量的距离长度为超声波在空气中的传播速度为测量距离传播的时间差为发射到接收时间数值的半。.总体设计方案该倒车雷达系统的应用背景是基于的超声信号检测的。因此初步计划是在室内小范围的测距，限定在.米左右量程。单片机发出短暂的信号，经放大后通过超声波发射器输出反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，得出时间，再由系统软件对其进行计算判别后，相应的计算结果被送至显示电路进行显示，并进行声光报警。其发射电路通常分为调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈有时装在探头内，谐振频率由调谐电路的电感电容决定，发射出的超声脉冲频带较窄。在非调谐式电路中没有调谐元件，发射出的超声频率主要由压电晶片的固有参数决定，频带较宽。为了将定频率隔度的交流电压加到发射传感器的两端，使其振动发出超声。电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率，这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的特性。发射电压从理论上说是越高越好，因为对同支发射传感器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，这样能够在接收传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收电路的设计就相对简单些。但是，每支实际的发射传感器有其工作电压的极限值，即当工作电压超过了这个极限值之后，会对传感器的内部电路造成不可恢复的损害。因此，工作电压不能超过这个极限值。同时，发射电路中的阻尼电阻决定了电路的阻尼情况。通常采用改变阻尼电阻的方法来改变发射强度。电阻大时阻尼小，发射强度大，仪器分辨率低，适宜于探测厚度大，对分辨力要求不高的试件。电阻小时阻尼大，分辨率高，在探测近表而缺陷时或对分辨力有较高要求时应予采用。发射部分的点脉冲电压很高，但是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到定的幅度。接收部分就是由两级放大电路，检波电路及锁相环构成的，其中包括杂波抑制电路。最终达到对回波进行放大检测，产生个单片机能够识别的中断信号作为回波到达的标志。在测距计数电路中，采用了相关计数法，其主要原理是测量时单片机系统先给发射电路提供个左右的脉冲信号，单片机计数器立即计数。当发射信号定时间以后，若单片机收到外中断的信号则即使成功，若没有收到信号就重新发射信号次，直到收到脉冲信号，计数器停止计数。双向超声波测距仪的系统主要有以下部分组成显示模块控制芯片超声波发射模块超声波接收模块电源模块五大部分组成。另外包括语音报警电路。图如图该设计的优缺点如下优点能进行双向测距，实时性好，精度高，功耗低。采用的优点是指令简单容易控制。第章单元电路说明.超声波发射电路超声波发射电路原理如大图所示，发射电路主要由反相器和超声波发射换能器组成，单片机.端口输出的的方波信号路经级反向器后送到超声波换能器的个电极，另路经两级反向器后送到超声波换能器的另个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻，方面可以提高反向器输出高电平的驱动能力，另方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。压电式超声波换能器是利用压电晶体