超聲波懸浮控制系統(tǒng)設計

-2-第1章緒論1.1研究目的及意義本文旨在探討一種新的計算機管理控制與監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地防止越獄行為的發(fā)生。該系統(tǒng)采用變頻器和可編程序控制器，并配備網(wǎng)絡硬盤錄像機，以及工業(yè)交換機網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對設備的有效選擇和軟硬件的協(xié)同控制。本文著重闡述了計算機管理的服務、設施管理流程、控制機制、監(jiān)測系統(tǒng)的構成、設計和操作指南。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超聲波懸浮控制系統(tǒng)是一種基于超聲波技術實現(xiàn)物體懸浮和控制的技術系統(tǒng)。下面是關于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的簡要概述：懸浮技術也稱之為非接觸式支撐技術，指的是一個系統(tǒng)，它能夠以一個垂直的、無需接觸的方式，將一個力量傳遞給另一個，這個力量的強度和另一個的重量一致，以此來維持另一個的穩(wěn)定，讓它保持一個懸掛的姿勢。通過采用非接觸式支撐技術，我們能夠讓所需的材料保持靜止，無需與容器壁進行接觸，從而克服了傳統(tǒng)接觸式操作的諸多弊端，同時也無需考慮到被懸浮物的電磁特征，因此，它非常適合進行小型、高級的實驗。當前，許多不需要人工介入的無需人工介入的支持技術已經(jīng)被發(fā)明出來，包括但不限于：靜態(tài)、磁性、光學、空間、噪音和振蕩。2010年，經(jīng)過深入的理論探索，一種全新的軸承——超聲波懸浮軸承應運而生，它利用超聲波的能量來改變軸頸的懸浮狀態(tài)，從而實現(xiàn)軸承的變形。為此，我們采用壓電換能器，精確地檢測軸承的懸浮間隙，同時還考察軸承的減摩特性，最終實現(xiàn)了一種更加優(yōu)異的軸承，它的優(yōu)勢遠遠大于傳統(tǒng)的滑動軸承或滾動軸承。研究發(fā)現(xiàn)，在給定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，超聲波軸承的振動幅度較高，因此它的懸浮間隙也更加寬敞。此外，它的減摩特性也比傳統(tǒng)軸承更加出色。隨著技術的進步，OCL、OTL等多種OTL電路已經(jīng)被廣泛應用，從而極大地改善了超聲波電源的效能，同時也減少了其體積與重量。然而，由于其受到開關速度的局限，以及其獨特的晶體管開關特征，這類超聲波電源仍存在一些不足之處。隨著科技的進步，全球范圍內(nèi)的超聲波檢測技術正迅猛地朝著數(shù)字化的方向前進，其中，數(shù)字式超聲波檢測儀器的普及程度尤為顯著，尤其是中國，更是推陳出新，涌現(xiàn)出大量的新型設備。近年來漁業(yè)用電子機器的開發(fā)極其迅速，捕魚作業(yè)由過去依靠“估計加經(jīng)驗”發(fā)展到依據(jù)“科學加數(shù)據(jù)”，操作方式也有大的變革。近年來，超聲波診斷儀已經(jīng)成為圖像醫(yī)學診斷的重要工具，與X射線、CT和MRI一樣，它們都能夠提供準確的診斷結(jié)果。超聲波檢查不會損害人體，因此被廣泛應用于各種醫(yī)學領域，包括腹部和心臟診斷、婦產(chǎn)科和小兒科等。與傳統(tǒng)的圖像診斷儀相比，超聲波診斷儀具有體積小、價格低廉、操作簡單的優(yōu)勢，可以實時監(jiān)測心臟和胎兒的狀況，因此，它在當今社會受到了越來越多的重視和應用。當超聲波穿過人體時，它會不斷地壓縮和擴張組織，從而產(chǎn)生熱量，消耗一定的能量。但是，隨著超聲波的持續(xù)傳播，振動的強度會逐漸減弱，最終達到平衡狀態(tài)。超聲波的吸收衰減可以被用于診斷脂肪肝，因此，它可以作為一種有效的診斷方法，以更準確地發(fā)現(xiàn)和治療脂肪肝。當超聲波穿過具有不同聲阻的人體結(jié)構的邊緣，就可能發(fā)生反射或者折射。A型顯示是通過測量振幅來衡量這種變化的，而B型則是通過測量圖片的亮度來評估這種變化的程度。A型和B型顯示均需要將超聲波波束從某個特定的角度轉(zhuǎn)換至另一種視角，以便將亮點清晰地展現(xiàn)出來，而M型則僅需要將波束從某個角度轉(zhuǎn)換至另一種視角，就可以清晰地展現(xiàn)出圖像。m型顯微鏡是一種常見的檢測工具，它可以幫助醫(yī)生檢查心房瓣膜及其周圍組織。1.3主要研究內(nèi)容采用一種新型的超聲波技術，可以大大降低物體之間的摩擦力，從而實現(xiàn)懸浮操作，這也是本次設計的一大亮點。該技術利用介質(zhì)中的強大聲波的聲輻射壓力，將物體懸浮在介質(zhì)中，從而達到更好的效果。超聲波技術可以用來改變物體的聲音，比如說，在大冢實驗室里，人們可以通過超聲波來模擬真實世界中的聲音，而其他人則使用可聽的頻率。超聲波技術可以采用多種不同的方式來傳播，例如，它可以在物體表面產(chǎn)生波浪，然后將其反射回原點，也可以利用透明坦克產(chǎn)生強大的聲音。本文提出了一種全新的超聲波傳感器，用于測量懸浮物體的高度，其優(yōu)勢顯著，因為它具有極低的振動偏差和極強的抗干擾性，使得懸浮物體不僅能夠被穩(wěn)定地懸浮在空中，而且還可以通過超聲波傳感器準確地測量傳感器與反射模型之間的距離，從而大大提升了懸浮物體的安全性和可靠性。超聲波傳感器能夠準確地測量物體的距離，它們采用多種振蕩器技術，從外部發(fā)射到內(nèi)部接收，再從內(nèi)部反射回去，從而實現(xiàn)對物體的實時監(jiān)測。這使得傳感器頭的小型化成為可能。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構2.1設計方案本系統(tǒng)由硬????????件????設計????????和程????序????????設計??兩??????部????分??構??????成??。????硬??????件??設計????????分????為協(xié)????????調(diào)器????和????????終端設????????計????。協(xié)調(diào)器由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個顯示屏和四個按鍵組成，而報警模塊則由兩個蜂鳴器組成。終端由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個傳感器接口組成。2.2功能需求分析2.2.1技術路線：（1）Arduino芯片和超聲波發(fā)射器模塊構成了整個系統(tǒng)的核心部分；（2）keil5是一個用于軟件平臺的程序；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；（5）設計結(jié)構框圖。2.2.2預期結(jié)果：通過本次作品的展示，我們設計了一個超聲波懸浮控制系統(tǒng)，它具有以下功能：1.使用信號發(fā)生器，能夠產(chǎn)生特定頻率的電信號；2.通過改變振蕩信號的頻率，功率放大器能夠產(chǎn)生更高的功率輸出；3.通過調(diào)整網(wǎng)絡參數(shù)，可以顯著提升超聲波發(fā)生器的聲功率；4.反饋電路可以提供雙重反饋：一是輸出功率的變化，二是頻率的變化，以便更好地控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。2.3總體方案設計第一步：在理論知識準備階段，要深入理解設計課題，仔細研究其中所包含的內(nèi)容，以便更好地掌握相關知識；第二步：明確系統(tǒng)的各個組成部分，梳理出它們之間的聯(lián)系，并搜集有關軟硬件的信息；第三步：制定詳細的計劃，明確系統(tǒng)的組成部分，建立一個宏觀的系統(tǒng)框架，并以此為基礎繪制出相應的原理圖；第四步：利用先進的軟件技術，精確地構建硬件電路，構建各個功能模塊的詳細結(jié)構，以及由各種元素經(jīng)由精心安排的連接，最終完成整體的電路構建；第五步：通過對系統(tǒng)控制流程的深入研究，完善軟件設計，并將其轉(zhuǎn)化為可視化的主流程圖；第六步：通過模擬仿真，評估系統(tǒng)的性能，以確保其能夠滿足預期的控制需求，并將結(jié)果匯總成論文。2.4單片機型號選擇Arduino的作用是能通過超聲波傳感器來感知環(huán)境，通過控制超聲波發(fā)射器來反饋使物體懸浮，板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。它的電氣特性使得它在家庭電氣系統(tǒng)中的應用更加廣泛，而且它的電氣特性還具有高精度、高穩(wěn)定性、高效率等優(yōu)點。Arduino的編制需要使用Wiring（Arduino）撰寫的語言，并使用Processing（Arduino）的設計環(huán)境。一個完整的Arduino項目不僅僅需要Arduino本身，還需要與一些PC端的應用（如Flash、Processing）等相互協(xié)作，才能夠完成任務。MaxMSP）來實現(xiàn)。圖2.1Arduino芯片原理圖

第3章系統(tǒng)的的硬件部分設計3.1系統(tǒng)總體設計本系統(tǒng)由硬件設計和程序設計兩部分構成。硬件設計分為協(xié)調(diào)器和終端設計。協(xié)調(diào)器由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個顯示屏和四個按鍵組成，而報警模塊則由兩個蜂鳴器組成。終端由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個傳感器接口組成。并且該設計能實現(xiàn)的功能如下：1.使用信號發(fā)生器，我們能夠產(chǎn)生特定頻率的電信號；2.通過改變振蕩信號的頻率，功率放大器能夠產(chǎn)生更高的功率輸出；3.通過調(diào)整網(wǎng)絡參數(shù)，可以顯著提升超聲波發(fā)生器的聲功率；4.反饋電路可以提供雙重反饋：一是輸出功率的變化，二是頻率的變化，以便更好地控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設計3.2.1LCD顯示屏模塊設計LCD1602是一款高性能的lcd顯示器，可以清晰地展現(xiàn)出16*2的字體。然而，當需要在LCD中清晰地展現(xiàn)一個字母的時候，就會變得非常困難，需要先確定RAM中的8個字母，然后將這些字母的不同的值設定在“1”、““0””之間，以便將““1””的值設定在正確的位置，而““0””的值則設定在“0”的值。通過使用內(nèi)置的字符發(fā)生器，我們能夠?qū)⒍鄺l漢字轉(zhuǎn)換為指定的漢字。為了更加便捷，我們只需要將漢字轉(zhuǎn)換為LCD1602中的文本，并輸入相關的代碼，然后按照RAM中的列號和行號，將漢字轉(zhuǎn)換為指定的漢字，最后將漢字輸入到lcd1602中。通過調(diào)整尺寸，我們提供了一系列多樣化的大屏應用。這些應用包括：單屏切換、單屏獨立顯示、隨機拼接、全屏拼接、雙拼接、橫向展開等。此外，我們還提供了多種圖像邊緣的調(diào)整方式，如補償或遮擋，以及對于數(shù)字信號的漫游、縮放、延展、橫向展開、畫面切換、3D播放等。此外，我們還提供了多項顯示方案，以滿足您的多樣化要求。拼接屏可以通過拼接來實現(xiàn)，它們可以直接使用，也可以通過組合來實現(xiàn)。拼接屏的外觀非常精細，只需0.9mm的厚度，并且配備了高級的防水材料和“快散”型號的散熱器。DID液晶拼接技術具有出色的兼容性，既可接收復雜的數(shù)據(jù)，又具備強大的功能，它既支持傳統(tǒng)的模擬信號，又具備裸眼3D的智能體驗，使得它成為一種理想的拼接設備。（2）：顯示器的電源來自于外部設備，可以提供持久的供電；VDD（2）：為顯示器提供可靠的電源支持；V0是一種可以通過調(diào)整液晶顯示器的亮度來改善視覺效果的裝置；RS（4）：通過調(diào)整電平，可以使用數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器來實現(xiàn)多種復雜的功能，從而滿足用戶的需求；RW（5）：一種用于控制輸出的接口，它能夠在輸出端的電壓較大時執(zhí)行輸出，在輸出端的電壓較小時執(zhí)行輸出。如果RS與RW都處于較小的輸出端，則能夠發(fā)送出一條指令，或是將一個地址顯示出來；如果RS處于較小的輸出端，而RW處于較大的輸出端，則能夠發(fā)送出一條忙信號；（6）：當E端電平由高電平降至較低時，液晶模塊便會自動觸發(fā)一個信號，來控制輸入的變化；使用8位雙向數(shù)據(jù)線，將D0-D7（7-14）連接起來，可以有效地實現(xiàn)高速、可靠的通信；A(15)：背光正極；K(16)：背光負極；圖3.1顯示屏模塊原理圖3.2.2按鍵輸入模塊設計當使用更多的IO口時，我們可以使用將鍵盤的按鍵組合成一個矩形來更好地理解它們的位置。這種做法叫做逐行和逐列。掃描技術是一種用于檢測輸入信息的方法，它可以幫助我們快速定位輸入信息。例如，通過掃描第一行，我們可以快速定位第二行，并通過掃描第一列和第二列來確定輸入信息的位置。掃描技術可以幫助我們快速定位輸入信息，并使輸入信息更加準確。原理圖如下。圖3.2按鍵輸入模塊原理圖3.2.3超聲波測距模塊設計通過應力作為驅(qū)動力，超聲波傳感器和超聲波發(fā)射器都能夠檢測到物體的運動。其中，應力指的是物體受到電場的作用而產(chǎn)生的應力，而這種應力又會導致物體的運動。當外界的正電荷和壓電陶瓷的極化正電荷發(fā)生碰撞，而當外界的負電荷發(fā)生碰撞，這兩種電荷就會發(fā)生互抵，從而使得壓電陶瓷的厚度和長短發(fā)生減少或增大。但是，如果外界的極性發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，那么這種情況就會導致壓電陶瓷的厚度和長短發(fā)生增大或減小。使用雙晶振子的超聲波傳感器，將雙壓電陶瓷片按照逆向的極性排列，使得一片延展，而另一片則收緊。為了更好地傳輸信號，雙晶振子的兩面均涂有薄膜電極，并且將電極的兩端分別連接至振動板和電極的兩個端，從而實現(xiàn)超聲波傳感器的傳輸。雙晶振子是一種特殊的材料，它的外觀呈現(xiàn)出一個正方體，其周圍環(huán)繞著一圈圓弧，使得振子的振動受到了雙重的約束。在振子的內(nèi)部，一個具有明顯的方位角的振子，它可以將振子的振動聚焦在一個特定的位置，從而使得振子的振動更加均勻，從而獲得更加穩(wěn)定的振蕩信號。（1）使用IO端的TRIG來檢測物體的位置，并提供最多10毫秒的高頻信息；（2）該模塊能夠同時產(chǎn)生8個40khz的方波，并能夠快速識別并反饋出任何信息；（3）當某個信息被接受并被IO口ECHO檢測后，它會被轉(zhuǎn)換為某個高電平，這個高電平的持續(xù)時間即為該信息在傳播中的總長度，其中，傳播的總長度=（高電平的持續(xù)時間*聲速（340M/S））/2；（4）這個模塊的操作非常容易，只需要將電平調(diào)節(jié)到10US或更大，即可將電平設置到預設的閾值。然后，只要電平達到預設的閾值，便會啟動時鐘，從而確定準確的時刻，從而得到準確的測量結(jié)果。通過持續(xù)的循環(huán)檢查，我們就能夠獲得您所需要的精確的位置信息。圖3.3超聲波測距模塊原理圖3.2.4單軸換能器的設計在選擇超聲換能器時，應該特別注意它的尺寸和形狀。這些因素都會影響它的懸掛性。在這篇文章中，我們將重點討論如何提高這種裝置的懸掛性。我們的研究對象是一種用于懸浮泡沫的單軸式換能器。（1）使用IO端的TRIG來檢測物體的位置，并提供最多10毫秒的高頻信息；當一個物體被放置在一個具有聲波傳播的環(huán)境中時，它就會被聲波所作用，這種作用力會使它的重力和它的磁力相抵消。因此，我們選擇了一種新型的單軸式換能器，它的工作頻率被定義為20KHz，當一個半徑為R的泡沫球被放置在一個排除外界干擾聲波良好傳播的環(huán)境下時，它會被一種叫做軸向聲波的力所作用，這種力的大小取決于它聲波頻率的高低。則公式（3-1）可知，此懸浮小球受到的軸向聲輻射力為（3-1）當一個物體漂浮于聲音的環(huán)境中，它所承受的重量和聲波的傳播能量是相等的，因此，我們就能夠計算出物體的振幅u0，表示為公式（3-2）（3-2）在聲源的振幅A和在聲場空間內(nèi)，媒介物的振動速率的幅值u0之間存在著關系為式（3-3）的聯(lián)系。（3-3）則懸浮起泡沫球，聲源即換能器輻射端的振幅A為式（3-4）（3-4）當一個物質(zhì)的密度越高，它就越容易漂移到聲輻射力越低的地方，而當它的密度越低，它就越容易漂移到聲輻射力越高的地方。因此，要想讓一個物質(zhì)漂移到聲輻射力越低的地方，就必須讓它的密度越高，這樣它就越容易漂移到聲輻射力越低的地方。通過應用聲懸浮力的公式，我們發(fā)現(xiàn)換能器輻射端的振幅僅僅存在于理論上，因此，在實際的設計過程中，我們需要把sin（2）kz=1的參數(shù)輸入，從而獲得換能器輻射端的振幅，其表達形式為式（3-5）（3-5）3.2.5換能器陣的設計要求在這篇文章中，我們提出了一種新的換能器系統(tǒng)，它可以將泡沫塑料小球從地面上提升到空中，并且具有良好的懸浮性。這種系統(tǒng)的核心部分是一個可以使物體在空中保持穩(wěn)定的軸向聲學懸浮系統(tǒng)。采用20KHz的換能器陣列，將一個半徑約R的泡沫小球放置于一個由聲壓和重力達到平衡的聲學環(huán)境，其所承載的重力可以方程式表明：（3-6）（3-6）ρs表示泡沫塑料小球的密度，它的值等于ρs=100kg?m-3。由于泡沫小球和鋼球所承受的聲波傳播量相似，因此我們可以使用相似的表達式來進行計算。因此，當我們將一個物體放置于一個聲場空間時，它的振幅A可以用式子（3-7）來表示。（3-7）由于泡沫塑料小球的密度相對較低，因此，我們需要努力讓它們保持一種靜止的狀態(tài)，即保持其振幅不變。然而，當我們把sin（2）kz=1的數(shù)據(jù)輸入到公式（3-8）后，就會發(fā)現(xiàn)，振幅變化的幅度也會隨之發(fā)生變化，從而影響到振動的強弱。（3-8）經(jīng)過改進，我們的新型換能器具有更高的振幅，輸出端的振幅達到了7.5μm，而后蓋板的振幅也達到了2μm。這意味著，我們的新型換能器具有更高的振幅放大率，達到了3.75。由于這些優(yōu)點，我們決定采用半波長的換能器。鑒于換能器的傳輸距離受到一定的局限性，陣元軸心距的選定應當盡量保持一個合理的值，以確保能夠滿足最佳的傳輸效果。目前，我們的陣元軸心距已經(jīng)達到了16mm，這一值可以滿足我們的要求，而且，我們可以根據(jù)陣元軸心距的要求，精確地調(diào)整陶瓷片的尺寸，以達到最佳的傳輸效果。鑒于目前關于換能器陣的研究仍然相當匱乏，我們將采用一種新穎的布局，即將兩個換能器元件按照一定的間隔進行布局，其中，每個元件的輻射端面將采用一個凹陷的圓形，而這種布局的細節(jié)可參照圖3.4。圖3.4換能器前端原理圖

第4章系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件主流程圖本系統(tǒng)由硬件??設計和??程序設??計兩部??分構成??。硬件??設計分??為協(xié)調(diào)??器和終??端設計??。協(xié)調(diào)器由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個顯示屏和四個按鍵組成，而報警模塊則由兩個蜂鳴器組成。終端由一個主控制單片機和它的最小組件組成，它的電源電路由一個傳感器接口組成。（1）Arduino芯片和4超聲波發(fā)射器模塊構成了整個系統(tǒng)的核心部分；（2）keil5是一個用于軟件平臺的程序；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；（5）設計結(jié)構框圖。圖4.1模塊原理圖4.2超聲波測距軟件設計通過應力作為驅(qū)動力，超聲波傳感器和超聲波發(fā)射器都能夠檢測到物體的運動。其中，應力指的是物體受到電場的作用而產(chǎn)生的應力，而這種應力又會導致物體的運動。當外界的正電荷和壓電陶瓷的極化正電荷發(fā)生碰撞，而當外界的負電荷發(fā)生碰撞，這兩種電荷就會發(fā)生互抵，從而使得壓電陶瓷的厚度和長短發(fā)生減少或增大。但是，如果外界的極性發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，那么這種情況就會導致壓電陶瓷的厚度和長短發(fā)生增大或減小。使用雙晶振子的超聲波傳感器，將雙壓電陶瓷片按照逆向的極性排列，使得一片延展，而另一片則收緊。為了更好地傳輸信號，雙晶振子的兩面均涂有薄膜電極，并且將電極的兩端分別連接至振動板和電極的兩個端，從而實現(xiàn)超聲波傳感器的傳輸。在開啟系統(tǒng)前，主程序會進行必要的準備，以確保它能夠正常運行。其中，T0的定時器模式是16位的，這是一個開啟的起點。隨著時間的推移，我們會開啟一個新的時刻，這個時刻的定時器會以40khz的方波，并且會以12MHZ的晶振，以及1us的機械周期，以此來確定被測物與測距設備的位置。一旦，我們就會根據(jù)定時器T0的時刻（也就是超聲波的傳播時長），準確地估算它們的位置，并以圖形的形式展現(xiàn)給大家。一旦電路被激活，T1就會啟動一個時間周期，并且將信號傳輸至65ms，然后T1就會觸發(fā)一個中斷，并且向其他信號發(fā)射一個40khz的脈沖信號，從而實現(xiàn)信號的反向傳輸。此外，INTO中斷的功能就是將信號從一個0狀態(tài)傳輸至另一個狀態(tài)，從而實現(xiàn)信號的反向傳輸，從而達到與預先規(guī)劃的設計相一致的目的。如果發(fā)生了外界的中斷，我們需要從ENINTF0和ENINTF1位移開這些位，以防止它們被重復使用。我們可以使用軟件來移開這些位，以防止它們被重復使用。一旦發(fā)生了這種情況，我們可以立即終止這個中斷，然后繼續(xù)執(zhí)行其他的任務。通過IO口TRIG，我們能夠?qū)崿F(xiàn)對目標物體的遠程定位，并且能夠提供最低10us的高電平信息。此外，該模塊還能夠同步傳輸8個40khz的方波，從而更好地滿足定位需求。此外，當目標物體接收到任何一個高電平，我們還能夠根據(jù)該電平的長度來確定其反向傳播的時長。通過這個模塊，我們能夠快速準確地測量物體的位置.這個過程非常容易，只需要將電平調(diào)節(jié)至10US或更大，然后將電平調(diào)節(jié)至適合的時長，便能夠獲得所需的位置信息。這個過程的時長與聲速成正比，因此，我們能夠輕松地完成對物體的位置測量，流程圖如下。圖4.2程序流程圖4.3按鍵輸入模塊軟件設計當系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。按下不同按鍵分別執(zhí)行不同功能。當系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。按下不同按鍵分別執(zhí)行不同功能。在矩陣鍵盤??按鍵較??多時為??了減少??IO口??的運用??，通過??按鍵排??列成矩??陣的方??式，采??用逐行??或者是??逐列掃??描，就??可以讀??出按鍵的狀態(tài)。掃描的概念????：??數(shù)碼????管掃??描????(輸出????掃??描)????原理??:????顯示第????一??位>????顯示??第????二位，????然??后循????環(huán)這??個????過程，????最??終實????現(xiàn)所??有????數(shù)碼管????同??時點????亮的??效????果。矩????陣??按鍵????掃描??(????輸入掃????描??）原????理:??掃????描第一????行??>掃????描第??二????行>>????>??>>????掃描??第????一列>????>??掃描????第二??列????>>得????出??按鍵????位置??，工作流程圖如下。圖4.3按鍵輸入模塊工作流程圖4.4LCD顯示屏模塊軟件設計當單片機初始化完成后，系統(tǒng)開始正常工作。這個模塊可以將計算出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制對照BCD碼，并將其發(fā)送到P0口，以實現(xiàn)動態(tài)顯示。DISPLAY：PLAY:CLRP2.0SETBP2.1MOVA,40HMOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLDL1MSMOVA,41HMOVCA,@A+DPTRSETBP2.0CLRP2.1MOVP0,ALCALLDL1MSDJNZR7,PLAYRETTAB:DB40H;0DB79H;1DB24H;2DB30H;3DB19H;4DB12H;5DB02H;6DB78H;7DB00H;8DB10H;9圖4.2LCD顯示屏模塊工作流程圖4.5超聲換能器陣的駐波懸浮傳輸能力在這篇文章里，我們提出了新的換能器陣元，它們既滿足了我們的設計需求，又能在懸掛狀態(tài)下工作。此外，我們還提出了將這些陣元通過特殊的結(jié)構組裝在一起，以達到更好的效果。在這種情況下，我們可以通過改變諧振腔的長度來改善聲場的效果，從而提高整體的性能。通過對比不同的諧振腔長度，我們發(fā)現(xiàn)，當H=8.5mm的情況下，每個陣元都處于相應的諧振頻率，而且2號陣元的輸入工作電流也是37.4V，因此，我們可以通過改變1號陣元的激發(fā)電流，將其逐漸升高，最終達到38.5V，以此來改變它的性質(zhì)，并且可以通過這種方式來改變它的參數(shù)，以達到更好的效果。將1陣元的輸入工作電壓降低到0，然后切換到2陣元，如圖4-10所示，當輻射端與反射端的間距達到8.5mm時，改變換能器陣元的輸入工作電流的大小，就能讓直徑約4mm的氣泡小球進行駐波懸浮傳播。第5章系統(tǒng)測試5.1主板實物圖此主板由一組散熱片，一個IO接口，四個按鍵，一塊Arduino芯片等原件組成。其設計思路為由IO接口接入電流通過Arduino芯片中編寫的程序作用在超聲波發(fā)生裝置中使其運行，通過靠近散熱器的按鍵可以使超聲波發(fā)射器發(fā)出的頻率小幅的增加，當使懸浮物穩(wěn)定在超聲波發(fā)射器之間時可通過位于按鍵模塊中間的兩個按鍵進行調(diào)節(jié)使懸浮物進行短距離的移動，隨著運行時間的延長主板的溫度隨之升高，通過散熱片進行降溫散熱，當系統(tǒng)溫度升高到一定程度時蜂鳴器會警報提醒停止運行，可通過按下靠近IO接口的按鍵使超聲波發(fā)射器的功率恢復至開始運行的狀態(tài)。圖5.1主板完整實物圖5.2測試原理通過采用超聲波換能器，將來自外部的能量從電能變換成機械能，從而將能量發(fā)送到“聲壓節(jié)點”，該裝置能夠?qū)⒙暡ǖ膹姸葟牡偷礁?，并且能夠?qū)⒙暡ǖ膹姸茸儞Q到聲壓的強度，從而形成駐波，從而達到能量的有效分配。通過建立一個平衡的狀態(tài)，將物質(zhì)固定在超聲波發(fā)射裝置中，從而實現(xiàn)物體的懸浮效果。圖5.2是單軸聲懸浮的原理圖。活塞聲源裝在長圓管的底部，在活塞輻射面的對面設有反射器，在其間建立駐波聲場，輻射面與反射面相距為半波長的整數(shù)倍。當聲場中的輻射壓力與物體的重力相平衡時物體即懸浮在空間中。如果改變反射器的距離或振動器的頻率，則可以移動物體在空間中的位置。 圖5.2超聲波懸浮基本原理圖5.3實際運行效果圖5.3超聲波發(fā)射器水平放置工作圖第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)盡管調(diào)試過程中遇到了一些挑戰(zhàn)，但在老師的指導下，我最終成功地發(fā)現(xiàn)了問題，并且采取了有效的措施來糾正設計中的缺陷，從而使系統(tǒng)軟件的運行更加高效。這些措施主要涉及到以下幾個方面：。（1）經(jīng)過功率模塊模擬仿真，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值與設計要求存在較大差距。經(jīng)過仔細檢查，我們發(fā)現(xiàn)電路板焊接存在一些技術缺陷，因此需要進行重新焊接。（2）通過使用仿真軟件，我們發(fā)現(xiàn)了一些錯誤的代碼。經(jīng)過調(diào)整，我們發(fā)現(xiàn)，在啟動程序流程時，單片機并未正常復位。為了獲得更準確的結(jié)果，我們在程序流程中添加了復位程序。（3）在進行模擬仿真時，我們發(fā)現(xiàn)端口號P0存在邏輯錯誤。雖然這并不會對最終的輸出造成影響，但是在實際的印刷制版過程中，它確實會對電源電路造成損害。經(jīng)過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，當數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯誤代碼時，我們無法區(qū)分忙碌狀態(tài)。經(jīng)過對忙碌情況的細致分析，系統(tǒng)軟件運行良好，而且沒有出現(xiàn)任何異常的數(shù)據(jù)信息，也沒有出現(xiàn)任何邏輯錯誤。6.2展望通過對區(qū)域監(jiān)控管理系統(tǒng)的深入分析，我們提出了一種基于單片機的自動控制系統(tǒng)，它可以有效地實現(xiàn)制造連動，其主要設計步驟如下：（1）經(jīng)過系統(tǒng)研究，我們發(fā)現(xiàn)周圍環(huán)境會對檢測設備產(chǎn)生重要影響。因此，我們提出了一種新的系統(tǒng)，它能夠自動控制聲音大小和指令，保證安全工作區(qū)域的監(jiān)控管理；（2）為了解決前面提到的問題，我們提出了一個新的方案，即使用聲音感應器來收集數(shù)據(jù)，并使用單片機來控制整個系統(tǒng)。雖然模擬仿真表明所有設計都符合技術規(guī)范，但是系統(tǒng)軟件仍存在一些缺陷，需要在今后的研究中加以完善。（3）在本設計中，我們沒有采用任何誤差控制的優(yōu)化算法，而是采用了PID優(yōu)化算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法等更加精確的控制方法，從而大大提升了實施的效率。（4）在未來的工作和學習中，工業(yè)觸摸屏可以通過引入計算機接口來實現(xiàn)更加高效的數(shù)據(jù)傳輸，比如通過智能手機APP實現(xiàn)實時的語音數(shù)據(jù)交互，從而使工作人員可以隨時隨地監(jiān)控機器的運行狀態(tài)。參考文獻[1]常穎,楊志剛,吳博達,程光明,田豐君,彭太江.超聲波懸浮性能及承載能力的實驗研究[J].壓電與聲光,2019,27(2):197-199.[2]潘松,王冬,黃衛(wèi)清.基于超聲懸浮的微扭矩測量系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng),2020(7):134-136.[3]王冬,潘松,黃衛(wèi)清.一種新型超聲的設計及實驗研究[J].壓電與聲光,2019,32(6):926-928.[4]喬玉林,楊善林,臧艷,董新宇.超聲振動對不同黏度潤滑油摩擦學性能的影響[J].潤滑與密封,2018,37(4):6-9.[5]包鋼,高焓,程廷海,肖承豐,李華.超聲減摩技術及其在氣動系統(tǒng)中的應用研究與展望[J].液壓與氣動,2020,0(3):1-10.[6]王洪臣,楊志剛,劉磊,楊利.基于軸向支撐超聲波懸浮高速電機的研究[J].壓電與聲光,2019,37(5):833-837.[7]王洪臣,楊利,楊志剛,劉磊.超聲振動承載氣膜對電機轉(zhuǎn)子懸浮支承與減摩的研究[J].潤滑與密封,2018,40(12):66-70.[8]王洪臣,李錕,吳波,楊利,楊志剛.基于超聲波懸浮支撐的高速電機的設計[J].機床與液壓,2020,0(3):78-80.[9]常穎,吳博達,楊志剛,程光明,田豐君.超聲波懸浮推力承載能力及減摩性能[J].吉林大學學報：工學版,2018,34(2):222-225.[10]STMICROELECTRONICS.STM32F103xEDataSheet[J].STMICROELECTRONICS,2020(1):32-35.[11]Stalin.AsurveyofBluetoothdatatransmission[J].ActacommunicationsSinica,2020,33(4):143-151.Citation:60.[12]Smith.Designandimplementationofremoteintelligentdoorcontrolsystembasedonraspberrypie[J].Intelligentcomputerandapplication,2018,8(3):79-83.[13]Jackson.Designofintelligenthomedoorcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer[J].Industrialtechnology,2019,0(19):105-105.[14]Stalin.AsurveyofBluetoothdatatransmission[J].ActacommunicationsSinica,2020,33(4):143-151.Citation:60.[15]Smith.Designandimplementationofremoteintelligentdoorcontrolsystembasedonraspberrypie[J].Intelligentcomputerandapplication,2018,8(3):79-83.[16]Jackson.Designofintelligenthomedoorcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer[J].Industrialtechnology,2019,0(19):105-105.[17]ChowJC,WatsonJG,LuZQ,etal.DescriptiveanalysisofPM2.5andPM10atregionallyrepresentativelocationsdur-ingSJVAQS/AUSPEX[J].AtmosphericEnvironment,2019,30:2079-2112.附錄電路圖A圖A.1電路原理圖源代碼/**************************************************************************//***@filecore_cm3.c*@briefCMSISCortex-M3CorePeripheralAccessLayerSourceFile*@versionV1.30*@date30.October2009**@note*Copyright(C)2009ARMLimited.Allrightsreserved.**@par*ARMLimited(ARM)issupplyingthissoftwareforusewithCortex-M*processorbasedmicrocontrollers.Thisfilecanbefreelydistributed*withindevelopmenttoolsthataresupportingsuchARMbasedprocessors.**@par*THISSOFTWAREISPROVIDED"ASIS".NOWARRANTIES,WHETHEREXPRESS,IMPLIED*ORSTATUTORY,INCLUDING,BUTNOTLIMITEDTO,IMPLIEDWARRANTIESOF*MERCHANTABILITYANDFITNESSFORAPARTICULARPURPOSEAPPLYTOTHISSOFTWARE.*ARMSHALLNOT,INANYCIRCUMSTANCES,BELIABLEFORSPECIAL,INCIDENTAL,OR*CONSEQUENTIALDAMAGES,FORANYREASONWHATSOEVER.*******************************************************************************/#include<stdint.h>/*definecompilerspecificsymbols*/#ifdefined(__CC_ARM)#define__ASM__asm/*!<asmkeywordforARMCompiler*/#define__INLINE__inline/*!<inlinekeywordforARMCompiler*/#elifdefined(__ICCARM__)#define__ASM__asm/*!<asmkeywordforIARCompiler*/#define__INLINEinline/*!<inlinekeywordforIARCompiler.OnlyavaiableinHighoptimizationmode!*/#elifdefined(__GNUC__)#define__ASM__asm/*!<asmkeywordforGNUCompiler*/#define__INLINEinline/*!<inlinekeywordforGNUCompiler*/#elifdefined(__TASKING__)#define__ASM__asm/*!<asmkeywordforTASKINGCompiler*/#define__INLINEinline/*!<inlinekeywordforTASKINGCompiler*/#endif/*###################CompilerspecificIntrinsics###########################*/#ifdefined(__CC_ARM)/*RealViewCompiler*//*ARMarmccspecificfunctions*//***@briefReturntheProcessStackPointer**@returnProcessStackPointer**Returntheactualprocessstackpointer*/__ASMuint32_t__get_PSP(void){mrsr0,pspbxlr}/***@briefSettheProcessStackPointer**@paramtopOfProcStackProcessStackPointer**AssignthevalueProcessStackPointertotheMSP*(processstackpointer)Cortexprocessorregister*/__ASMvoid__set_PSP(uint32_ttopOfProcStack){msrpsp,r0bxlr}/***@briefReturntheMainStackPointer**@returnMainStackPointer**ReturnthecurrentvalueoftheMSP(mainstackpointer)*Cortexprocessorregister*/__ASMuint32_t__get_MSP(void){mrsr0,mspbxlr}/***@briefSettheMainStackPointer**@par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