一、超声波探头：

1、基础知识:

●频率高于20KHz的声波称为超声波，超声波方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。
●超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
●常用的是压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波传感器探头内部有两个压电晶片和一个共振板。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。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。超声波传感器就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，将电能转换成超声波发射出去；而在接收时，则将超声振动转换成电信号。
●利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头中的关键部件是晶片，晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换。

●探头基本原理：在探头的引脚加上一定频率的电信号，探头内的传感器救会将电信号转换为相同频率的声波信号。

2、探头分类:

●开放式非防水探头：铝外壳，探头表面有金属网，可以看到里边有一锥形金属。

●全封闭的防水探头

二、超声波的发射：

●普通IO的电压电流能力不够驱动超声波探头，因此需要放大电路。
●发射电路将P10口的电平信号经过 74LS04反相器的串联再并联做BTL推动，放大到大约10VPP后输入超声波发射探头的引脚。 10VPP的电压足够满足短距离测距。

超声波发射电路：

三、超声波的接收：

●超声波接收探头产生的电信号非常弱，需要进行放大处理。一般采用集成的信号放大器芯片，对信号进行放大处理。CX20106A是SONY公司的专用集成前置放大器，由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益,在近距离输入信号强时放大器不会过载，总放大增益约82dB。
●超声波接收探头接收到声波时，将其转化为电信号。CX20106A的IN引脚接收到40KHz的方波时，会在7号引脚OUT产生一个低电平下降脉冲。7号引脚OUT与P11相连，并上拉，空闲状态为高电平。
●如果一直发射超声波，在 7 脚将会有周期的低电平产生。不会像通常认为的那样，即一直发射信号时，7 脚一直为低电平。这是刚用 CX20106 时的一个常见错误。

超声波接收电路：

超声波红外线选择电路：

二、超声波传感器测距实现过程：

发射声波:使用定时器0，在发射引脚TX P10产生10个频率为40Hz方波(占空比为50%)。电平脉冲波经超声波探头转换为声波。

接收声波:发送完声波后，定时器0立即开始从0计时。直到接收引脚RX P11接收到低电平，计时结束。定时器0计时的时间就是声波在空气中传播的时间，可以计算出距离。
要求较为严格时，可进行温度补偿。

程序模板：
头文件

//-------------------------------------------Sonic超声波--------------------------------//
sbit TX = P1^0;   //接收引脚
sbit RX = P1^1;   //发射引脚extern uint ui_Sonic_flag;
extern uchar uc_Dist; extern void Timer0Init(void);     //12微秒@11.0592MHz
extern uchar Sonic(void);

定时器0的初始化

void Timer0Init(void)        //12微秒@12.000MHz
{AUXR &= 0x7F;     //定时器时钟12T模式TMOD &= 0xF0;      //设置定时器模式TL0 = 0xF4;       //设置定时初值TH0 = 0xFF;        //设置定时初值TF0 = 0;       //清除TF0标志TR0 = 0;      //定时器0停止计时
}

发射声波和接收声波函数

uchar Sonic(void)
{uchar Dist=0,num=10;//TX引脚发送10个频率为40Hz方波Timer0Init();  //初始化定时器0，初始化定时器初值TX = 0;        //发射引脚拉为低电平while(num--)  //发送10个{TR0 = 1;while(!TF0);  //计时时间到，控制周期TF0 = 0;      //手动清除标志位  TX ^= 1;      //取反Timer0Init();  //初始化定时器0，初始化定时器初值 }//接收方波TR0 = 0;        //定时器0停止计时TF0 = 0;     //清除TF0标志TL0 = 0x00;   //设置定时初值TH0 = 0x00;    //设置定时初值TR0 = 1;while(RX && !TF0);  //等待收到脉冲   或定时溢出TR0 = 0;  //定时器0停止计时if(TF0)   //定时溢出{TF0 = 0; //清除标志位        Dist = 255;}else  //RX接收引脚接收到低电平{Dist = ((TH0<<8)+TL0)*0.017;}return Dist;
}

超声波处理函数

void Sonic_Proc(void)
{if(ui_Sonic_flag) return;ui_Sonic_flag = 1;   uc_Dist = Sonic();  //测距
}//1ms定时器中if(++ui_Sonic_flag == 300) ui_Sonic_flag = 0;   //超声波刷新频率 300ms一次

Notes:
●40KHz对应的周期为T=25us，T/2=12.5us，取12us。
●为了数码管显示的稳定，超声波测距放在while(1)中每隔500ms扫描一次。
●定时器0计满溢出，2162^{16}216=65536。计时时间(12分频)
t=(2n−a)∗12fsyst=\frac{(2^n-a)*12}{f_{sys}}t=fsys(2n−a)∗12
2n−a2^n-a2n−a为65536，fsysf_{sys}fsys取12MHz
t=65536∗10−6t=65536*10^{-6}t=65536∗10−6 s约等于66ms。
声速取340m/s，得到定时器0最大测量距离约10m。然而该超声波探头稳定测量的上限大约在3米左右，所以16位定时器能够满足要求。

●2米以内，测试分辨率在1cm以下。参考往届赛题，足够使用。
●初始化时候，如果不先读取，数码管会显示变量初始值0，如果预先读取会显示8或9，bug……

发射引脚TX P10的波形图：

接收引脚RX P11的波形图：

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