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1、超声波自动上灯系统研究超声波自动上灯系统的设计和研究摘 要随着社会不断的发展，尤其是在电子产品迅速发展的今天，利用超声波自动控制灯光，不但消除了晚上摸黑找不到开关的缺点，用在公共场合还可以最大限度的节约电能。更加有优势的是，超声波感应不用人发出任何动静，人只要进入系统的检测范围内，系统就会接通电路，也不用担心还没离开灯就灭了，这是声控灯光无法比拟的。本课题首先分析了超声波自动上灯系统的工作原理与组成，对系统各部件进行分析和参数说明，搭建了硬件平台。其次，对系统进行了一系列的实验验证。再次，以不同的物体靠近系统进行感应，通过超声波感应实现了电路的自动感应控制，以不同的工作亮度环境，通过光敏电阻的
2、感应实现了白天黑夜的感应控制。在晚上或亮度不够的白天，系统就会开启，然后根据检测到的信号进行相应的控制。关键词：自动控制；超声波感应；电容延时；节能系统 AUTOMATIC ULTRASONIC SYSTEM OF LIGHTS ABSTRACTAs society continues to develop, especially in the rapid development of electronic products today, the use of ultrasonic automatic control of lighting, not only can not find the
3、 switch to eliminate the shortcomings of the dark night, with the maximum in public places can also be energy savings. More advantage is that ultrasonic sensors do not give any movement of people, who enter the systems detection range, the system will be connected to the circuit, do not worry about
4、not leave the lights went out, which is voice-activated lights can not match.The first analyzes the subject of automated ultrasonic system works out the light and composition, analysis of system components and parameters, so set up the hardware platform. Secondly, the system carried out a series of
5、experiments. Again, different objects near the sensor system, achieved through the ultrasonic sensor automatic sensor control circuit, the brightness in different working environment, achieved through the induction photoresistor sensor control of the night and day. Bright enough at night or during t
6、he day, the system will open, and then detected the corresponding control signals.Keywords: Automatic control；ultrasonic sensors；Capacitance delay；Energy Saving System I目 录摘 要IABSTRACTII第一章绪 论11.1超声波概述11.2超声波传感器21.3超声波传感器的应用现状31.4超声波自动上灯系统应用价值41.5本章小结4第二章硬件系统52.1超声波系统52.1.1超声波及其物理性质52.1.2超声波系统的基本结构7
7、2.2外围电路82.3系统流程102.4硬件系统的功能介绍112.5本章小结12第三章元件参数及功能143.1元件的参数143.1.1超声波模块143.1.2其他元件163.2元件的功能243.3本章小结25第四章实验及系统性能264.1实验264.2性能参数274.3本章小结27第五章总结285.1总结285.2展望29参考文献30致 谢31第一章 绪 论1.1超声波概述超声波是声波大家族中的一员，声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振
8、动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。图11 超声波超声波的发展史：自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。国内在超声治疗领域起
9、步稍晚，于20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工作，从1950年首先在北京开始用800KHz频率的超声治疗机治疗多种疾病，至50年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于1957年。到了70年代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。40多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。超声波
10、的特点：1、超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 2、超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。3、超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应）。超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。 1.2超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声
11、换能器，或者超声探头。 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。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。 超声波传感器由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径
12、为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。图1-2 超声波传感器1.3超声波传感器的应用现状 超声波传感器包括三个部分：超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能器转入接受状态，处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如
13、果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。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。 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 超声波测量液位的基本原
14、理是：由超声探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点：（1）无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；（2）其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 超声测距大致有以下方法：取输出脉冲的平均值电压，该电压 （其幅值基本固定）与距离成正比，测量电压即可测得距离；测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高
15、，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。1.4超声波自动上灯系统应用价值在现代的社会里，电能是应用很广泛的能源之一，然而全球的能源问题很严峻，电力供应也很紧张，节约用电成了一件迫在眉睫的事情。在很多场合并不需要连续不断的用电，比如纪念馆、楼道等等，这些地方只需有人经过的时候通电就可以了。超声波自动上灯系统通过超声波传感器感知移动物体的靠近而接通控制电路，然后控制继电器的吸合而接通负载电路，这样不仅克服了声控电路因外界错误信号（如燃放鞭炮、烟花的声音）而接通电路的弊端，而且做到了节约用电的要求。1.5本章小结本章主要从超声波的特性出发，讨论了超声波的发展史，讨论了超声波传感器的原理与特点，并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。 第二章 硬件系统2.1超声波系统2.1.1超声波及其物
