压电晶片是超声波探头的核心，它位于超声波探头塑料外壳或是金属外壳的中间。有很多的材料可用来制作晶片。我们在选择探头的时候一定要明白所用到探头的参数，由于每个晶片之间会有差异，所以就导致了性能的不同。

人耳能够识别到的声音频率的范围是20赫兹到20千赫兹，在这范围内的所有声波即为可听声波，若是不在这段频率范围内，就有低频声波和超声波之分。频率小于20Hz的声波是低频声波，高于20000Hz的声波便是超声波。直线型方式是超声波的传播方式，高频声波的绕射能力弱，但是反射能力强。超声波传感器就是因为这个性能才制成的。本次设计所使用的是压电式传感器，传感器的探头通常是用压电晶体和压电陶瓷制成，通过利用压电材料的压电效应这一特性来进行工作的。

通常，有两种方式可以产生超声波，一种是通过机械的方式产生超声波，另一种是通过电气的方式。机械方式有气流旋笛和加尔统笛等，电气方式有电动型和压电型等。这两种方式产生的超声波频率，声波特性都有所差异，所以每一种的用途也都不一样。压电式超声波发生器是目前为止用的最多的。

压电式超声波发生器的工作方式是通过压电晶体的谐振来操作的。图3-1为超声波发生器内部构造。

图3-1  超声波传感器结构

传感器内部由两片压电晶片和一块共振板构成。若在发生器的两极外端给与一脉冲信号，如果压电晶片的固有振荡频率等于施加的脉冲信号频率，那么压电芯片将共振并带动共振板一起振动，因而产生超声波。相反若是没有在两个电极之间施加电压，当共振板接收超声波时，就会压迫压电芯片振动，将机械能转化为电信号，此时就成为了超声波接收器。

3。2  超声波测距原理

回声探测法，是我们现在生活中使用最多的一种超声波测距法，超声波在空气中传播时，从开始发射的瞬间记录时间，途中碰到阻碍物立刻反射回来，若此时计时器已经停止了，便是因为超声波接收器已接收到反射波。在空气中超声波的传速是340米/秒，从发射到接收到超声波计时器所显示的时间是t，超声波发射点到物体的距离S=340t/2。

超声波是一种声波，其传播速度和温度有关。 在使用过程中，通常传播介质的温度几乎是恒定的，因此也可以认为在传播过程中超声速度不变。在测量距离精度要求非常高的情况下，可以通过温度补偿法来进行数据矫正，这样就保证了所测值的准确度。若声速已经确定，只要测出超声波往返的具体的时间，即可清楚超声波到阻碍物的距离，这便是超声波测距的原理。图3-2为超声波测距原理图。

图3-2  超声波测距原理图

4  系统主要硬件设计

4。1  电路原理图

附录A为硬件电路的原理图，可以看出在本次设计中用到了STC89C52、四位数码管、超声波传感器、按键、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。D1为电源上电提示灯。本次设计中安装了三个按键，分别是加、减键还有一个设定键。

系统采用的晶振频率是12兆赫兹的，可以高精度的晶振能够得到较为稳定的时钟频率并且误差也能减小。单片机STC89C52用来协调各个模块，利用单片机控制超声波自发射到接收时间的计时。在发射电路的同时启动单片机内部的定时器，当接收超声波时停止计时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机内部响应读取时间差，计算距离,结果输出显示在数码管上。

4。2  最小系统文献综述