51单片机实现换能器超声波测水深

一，超声波换能器定义：
定义1：可把电能、机械能或声能从一种形式转换为另一种形式的能的装置。 所属学科：测绘学下的测绘仪器。 定义2：能量转换的器件。在水声领域中常把声呐换能器、水声换能器、电声换能器统称换能器。 所属学科：船舶工程下的船舶通信导航。定义3：助渔仪器中进行电声能量转换的部件。 所属学科：水产学下的渔业船舶及渔业机械。将非电能量转换成电能量，不需要外电源，称换能器，也称有源传感器。

声波、电磁波等各种形式的能量在其发射和传播过程中，不论介质以何种形式存在，能量的耗散是必然的。声波能量的损失一般表现为振幅的减小，但对接收信号的作用来看，振幅的随机震荡也被认为信号能量的衰减。在这一章中我们将讨论能量衰耗的前一种形式，即随距离增加振幅减小的规律。并给出声传播过程中损失形成的原因和主要计算方法。水声传播损失主要有三类：扩展损耗、吸收损耗、边界损耗。其中扩展损耗是因为声波在传输过程中波阵面不断扩大，造成单位面积上的能量减小，波阵面上的平均功率密度减小，表现为声强的衰耗。扩展损耗主要由水声发射设备的方向性系数确定，能在一定程度上减小，但这种损耗是始终存在的。吸收损耗是指声波在水中传播时由于海水的非理想性，导致声能被海水吸收而转化为热能等不可逆的过程。海水对不同频率声波的吸收损耗不同，所以只能应用15kHz以下的声音频段。海水总是有上下边界的，当声波到达边界时，总会产生能量的"泄漏"和明显的衰耗，这就是边界损耗。超声波换能器，要解决的技术问题是设计一种作用距离大、频带宽的超声波换能器。陆地上的超声波测距在水中穿透作用有限，所以需要换能器放大后的超声波来弥补在液体介质中传播的损耗。

二，软硬件平台选型

1，实现功能：51单片机通过换能器能测量水的深度，并两位小数显示在1602上。

2，硬件平台：40KHZ 60W 小型超声波清洗机控制板 电源驱动板(整个电路板用作发射器来发射信号)，40K 60W 超声波换能器(用于放大信号)，接收器芯片Cx20106A(用于接收超声波)，LCD1602(I2C）或液晶显示(显示测量距离),STC89C52单片机(主控芯片)，稳压电路板，示波器（检查电路器件），万用表（制作PCB时候检查电路），面包插接板（接杜邦线）

换能器是超声波设备的核心器件，其特性参数决定整个设备的性能。现在用的超声波换能器，除了磁致伸缩结构以外就是常用的用前后盖板夹紧压电陶瓷的“朗之万”换能器，超声波就是通过换能器将高频电能转换为机械振动。

3，软件平台：Altium Designer(画PCB原理图这里直接用的开发板没画原理图)，Keil3(开发单片机程序),stc-isp-15xx-v6.75(下载单片机程序)

三，超声波大功率换能器驱动电路板详解

四，操作步骤：用Altium Designer画硬件原理图，封装，制作PCB板，焊接元器件；测试各硬件模块的功能;超声波发生器经变频，升压，整流，滤波，经换能器发出高强度的机械强波发到水下去；接收到返回信号后，经过降压，滤波和8位模数转换AD为单片机能够识别的低电平信号；将深度结果显示在1602上;水面测量进行误差比较，并根据结果进行软件和硬件的调试。