超声波悬浮控制系统设计

-2-第1章绪论1.1研究目的及意义本文旨在探讨一种新的计算机管理控制与监控系统，可以有效地防止越狱行为的发生。该系统采用变频器和可编程序控制器，并配备网络硬盘录像机，以及工业交换机网络，可以实现对设备的有效选择和软硬件的协同控制。本文着重阐述了计算机管理的服务、设施管理流程、控制机制、监测系统的构成、设计和操作指南。1.2国内外研究现状超声波悬浮控制系统是一种基于超声波技术实现物体悬浮和控制的技术系统。下面是关于国内外研究现状的简要概述：悬浮技术也称之为非接触式支撑技术，指的是一个系统，它能够以一个垂直的、无需接触的方式，将一个力量传递给另一个，这个力量的强度和另一个的重量一致，以此来维持另一个的稳定，让它保持一个悬挂的姿势。通过采用非接触式支撑技术，我们能够让所需的材料保持静止，无需与容器壁进行接触，从而克服了传统接触式操作的诸多弊端，同时也无需考虑到被悬浮物的电磁特征，因此，它非常适合进行小型、高级的实验。当前，许多不需要人工介入的无需人工介入的支持技术已经被发明出来，包括但不限于：静态、磁性、光学、空间、噪音和振荡。2010年，经过深入的理论探索，一种全新的轴承——超声波悬浮轴承应运而生，它利用超声波的能量来改变轴颈的悬浮状态，从而实现轴承的变形。为此，我们采用压电换能器，精确地检测轴承的悬浮间隙，同时还考察轴承的减摩特性，最终实现了一种更加优异的轴承，它的优势远远大于传统的滑动轴承或滚动轴承。研究发现，在给定的转速范围内，超声波轴承的振动幅度较高，因此它的悬浮间隙也更加宽敞。此外，它的减摩特性也比传统轴承更加出色。随着技术的进步，OCL、OTL等多种OTL电路已经被广泛应用，从而极大地改善了超声波电源的效能，同时也减少了其体积与重量。然而，由于其受到开关速度的局限，以及其独特的晶体管开关特征，这类超声波电源仍存在一些不足之处。随着科技的进步，全球范围内的超声波检测技术正迅猛地朝着数字化的方向前进，其中，数字式超声波检测仪器的普及程度尤为显著，尤其是中国，更是推陈出新，涌现出大量的新型设备。近年来渔业用电子机器的开发极其迅速，捕鱼作业由过去依靠“估计加经验”发展到依据“科学加数据”，操作方式也有大的变革。近年来，超声波诊断仪已经成为图像医学诊断的重要工具，与X射线、CT和MRI一样，它们都能够提供准确的诊断结果。超声波检查不会损害人体，因此被广泛应用于各种医学领域，包括腹部和心脏诊断、妇产科和小儿科等。与传统的图像诊断仪相比，超声波诊断仪具有体积小、价格低廉、操作简单的优势，可以实时监测心脏和胎儿的状况，因此，它在当今社会受到了越来越多的重视和应用。当超声波穿过人体时，它会不断地压缩和扩张组织，从而产生热量，消耗一定的能量。但是，随着超声波的持续传播，振动的强度会逐渐减弱，最终达到平衡状态。超声波的吸收衰减可以被用于诊断脂肪肝，因此，它可以作为一种有效的诊断方法，以更准确地发现和治疗脂肪肝。当超声波穿过具有不同声阻的人体结构的边缘，就可能发生反射或者折射。A型显示是通过测量振幅来衡量这种变化的，而B型则是通过测量图片的亮度来评估这种变化的程度。A型和B型显示均需要将超声波波束从某个特定的角度转换至另一种视角，以便将亮点清晰地展现出来，而M型则仅需要将波束从某个角度转换至另一种视角，就可以清晰地展现出图像。m型显微镜是一种常见的检测工具，它可以帮助医生检查心房瓣膜及其周围组织。1.3主要研究内容采用一种新型的超声波技术，可以大大降低物体之间的摩擦力，从而实现悬浮操作，这也是本次设计的一大亮点。该技术利用介质中的强大声波的声辐射压力，将物体悬浮在介质中，从而达到更好的效果。超声波技术可以用来改变物体的声音，比如说，在大冢实验室里，人们可以通过超声波来模拟真实世界中的声音，而其他人则使用可听的频率。超声波技术可以采用多种不同的方式来传播，例如，它可以在物体表面产生波浪，然后将其反射回原点，也可以利用透明坦克产生强大的声音。本文提出了一种全新的超声波传感器，用于测量悬浮物体的高度，其优势显著，因为它具有极低的振动偏差和极强的抗干扰性，使得悬浮物体不仅能够被稳定地悬浮在空中，而且还可以通过超声波传感器准确地测量传感器与反射模型之间的距离，从而大大提升了悬浮物体的安全性和可靠性。超声波传感器能够准确地测量物体的距离，它们采用多种振荡器技术，从外部发射到内部接收，再从内部反射回去，从而实现对物体的实时监测。这使得传感器头的小型化成为可能。

第2章系统总体结构2.1设计方案本系统由硬‎‏‎‏‎‎‏‏件‎‎‏‏设计‎‏‎‎‏‎‏‏和程‎‏‎‏序‎‏‎‏‎‎‏‏设计‎‏两‎‏‎‏‎‏部‎‏‎‏分‎‏构‎‎‎‏‏‏成‎‏。‎‏‎‏硬‎‏‎‏‎‏件‎‏设计‎‎‏‏‎‏‎‏分‎‏‎‏为协‎‎‏‎‏‏‎‏调器‎‎‏‏和‎‎‏‏‎‏‎‏终端设‎‏‎‏‎‎‏‏计‎‎‏‏。协调器由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个显示屏和四个按键组成，而报警模块则由两个蜂鸣器组成。终端由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个传感器接口组成。2.2功能需求分析2.2.1技术路线：（1）Arduino芯片和超声波发射器模块构成了整个系统的核心部分；（2）keil5是一个用于软件平台的程序；（3）画原理图用AD；（4）编程语言用C语言；（5）设计结构框图。2.2.2预期结果：通过本次作品的展示，我们设计了一个超声波悬浮控制系统，它具有以下功能：1.使用信号发生器，能够产生特定频率的电信号；2.通过改变振荡信号的频率，功率放大器能够产生更高的功率输出；3.通过调整网络参数，可以显著提升超声波发生器的声功率；4.反馈电路可以提供双重反馈：一是输出功率的变化，二是频率的变化，以便更好地控制系统的运行状态。2.3总体方案设计第一步：在理论知识准备阶段，要深入理解设计课题，仔细研究其中所包含的内容，以便更好地掌握相关知识；第二步：明确系统的各个组成部分，梳理出它们之间的联系，并搜集有关软硬件的信息；第三步：制定详细的计划，明确系统的组成部分，建立一个宏观的系统框架，并以此为基础绘制出相应的原理图；第四步：利用先进的软件技术，精确地构建硬件电路，构建各个功能模块的详细结构，以及由各种元素经由精心安排的连接，最终完成整体的电路构建；第五步：通过对系统控制流程的深入研究，完善软件设计，并将其转化为可视化的主流程图；第六步：通过模拟仿真，评估系统的性能，以确保其能够满足预期的控制需求，并将结果汇总成论文。2.4单片机型号选择Arduino的作用是能通过超声波传感器来感知环境，通过控制超声波发射器来反馈使物体悬浮，板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。它的电气特性使得它在家庭电气系统中的应用更加广泛，而且它的电气特性还具有高精度、高稳定性、高效率等优点。Arduino的编制需要使用Wiring（Arduino）撰写的语言，并使用Processing（Arduino）的设计环境。一个完整的Arduino项目不仅仅需要Arduino本身，还需要与一些PC端的应用（如Flash、Processing）等相互协作，才能够完成任务。MaxMSP）来实现。图2.1Arduino芯片原理图

第3章系统的的硬件部分设计3.1系统总体设计本系统由硬件设计和程序设计两部分构成。硬件设计分为协调器和终端设计。协调器由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个显示屏和四个按键组成，而报警模块则由两个蜂鸣器组成。终端由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个传感器接口组成。并且该设计能实现的功能如下：1.使用信号发生器，我们能够产生特定频率的电信号；2.通过改变振荡信号的频率，功率放大器能够产生更高的功率输出；3.通过调整网络参数，可以显著提升超声波发生器的声功率；4.反馈电路可以提供双重反馈：一是输出功率的变化，二是频率的变化，以便更好地控制系统的运行状态。3.2系统的主要功能模块设计3.2.1LCD显示屏模块设计LCD1602是一款高性能的lcd显示器，可以清晰地展现出16*2的字体。然而，当需要在LCD中清晰地展现一个字母的时候，就会变得非常困难，需要先确定RAM中的8个字母，然后将这些字母的不同的值设定在“1”、““0””之间，以便将““1””的值设定在正确的位置，而““0””的值则设定在“0”的值。通过使用内置的字符发生器，我们能够将多条汉字转换为指定的汉字。为了更加便捷，我们只需要将汉字转换为LCD1602中的文本，并输入相关的代码，然后按照RAM中的列号和行号，将汉字转换为指定的汉字，最后将汉字输入到lcd1602中。通过调整尺寸，我们提供了一系列多样化的大屏应用。这些应用包括：单屏切换、单屏独立显示、随机拼接、全屏拼接、双拼接、横向展开等。此外，我们还提供了多种图像边缘的调整方式，如补偿或遮挡，以及对于数字信号的漫游、缩放、延展、横向展开、画面切换、3D播放等。此外，我们还提供了多项显示方案，以满足您的多样化要求。拼接屏可以通过拼接来实现，它们可以直接使用，也可以通过组合来实现。拼接屏的外观非常精细，只需0.9mm的厚度，并且配备了高级的防水材料和“快散”型号的散热器。DID液晶拼接技术具有出色的兼容性，既可接收复杂的数据，又具备强大的功能，它既支持传统的模拟信号，又具备裸眼3D的智能体验，使得它成为一种理想的拼接设备。（2）：显示器的电源来自于外部设备，可以提供持久的供电；VDD（2）：为显示器提供可靠的电源支持；V0是一种可以通过调整液晶显示器的亮度来改善视觉效果的装置；RS（4）：通过调整电平，可以使用数据寄存器和指令寄存器来实现多种复杂的功能，从而满足用户的需求；RW（5）：一种用于控制输出的接口，它能够在输出端的电压较大时执行输出，在输出端的电压较小时执行输出。如果RS与RW都处于较小的输出端，则能够发送出一条指令，或是将一个地址显示出来；如果RS处于较小的输出端，而RW处于较大的输出端，则能够发送出一条忙信号；（6）：当E端电平由高电平降至较低时，液晶模块便会自动触发一个信号，来控制输入的变化；使用8位双向数据线，将D0-D7（7-14）连接起来，可以有效地实现高速、可靠的通信；A(15)：背光正极；K(16)：背光负极；图3.1显示屏模块原理图3.2.2按键输入模块设计当使用更多的IO口时，我们可以使用将键盘的按键组合成一个矩形来更好地理解它们的位置。这种做法叫做逐行和逐列。扫描技术是一种用于检测输入信息的方法，它可以帮助我们快速定位输入信息。例如，通过扫描第一行，我们可以快速定位第二行，并通过扫描第一列和第二列来确定输入信息的位置。扫描技术可以帮助我们快速定位输入信息，并使输入信息更加准确。原理图如下。图3.2按键输入模块原理图3.2.3超声波测距模块设计通过应力作为驱动力，超声波传感器和超声波发射器都能够检测到物体的运动。其中，应力指的是物体受到电场的作用而产生的应力，而这种应力又会导致物体的运动。当外界的正电荷和压电陶瓷的极化正电荷发生碰撞，而当外界的负电荷发生碰撞，这两种电荷就会发生互抵，从而使得压电陶瓷的厚度和长短发生减少或增大。但是，如果外界的极性发生了逆转，那么这种情况就会导致压电陶瓷的厚度和长短发生增大或减小。使用双晶振子的超声波传感器，将双压电陶瓷片按照逆向的极性排列，使得一片延展，而另一片则收紧。为了更好地传输信号，双晶振子的两面均涂有薄膜电极，并且将电极的两端分别连接至振动板和电极的两个端，从而实现超声波传感器的传输。双晶振子是一种特殊的材料，它的外观呈现出一个正方体，其周围环绕着一圈圆弧，使得振子的振动受到了双重的约束。在振子的内部，一个具有明显的方位角的振子，它可以将振子的振动聚焦在一个特定的位置，从而使得振子的振动更加均匀，从而获得更加稳定的振荡信号。（1）使用IO端的TRIG来检测物体的位置，并提供最多10毫秒的高频信息；（2）该模块能够同时产生8个40khz的方波，并能够快速识别并反馈出任何信息；（3）当某个信息被接受并被IO口ECHO检测后，它会被转换为某个高电平，这个高电平的持续时间即为该信息在传播中的总长度，其中，传播的总长度=（高电平的持续时间*声速（340M/S））/2；（4）这个模块的操作非常容易，只需要将电平调节到10US或更大，即可将电平设置到预设的阈值。然后，只要电平达到预设的阈值，便会启动时钟，从而确定准确的时刻，从而得到准确的测量结果。通过持续的循环检查，我们就能够获得您所需要的精确的位置信息。图3.3超声波测距模块原理图3.2.4单轴换能器的设计在选择超声换能器时，应该特别注意它的尺寸和形状。这些因素都会影响它的悬挂性。在这篇文章中，我们将重点讨论如何提高这种装置的悬挂性。我们的研究对象是一种用于悬浮泡沫的单轴式换能器。（1）使用IO端的TRIG来检测物体的位置，并提供最多10毫秒的高频信息；当一个物体被放置在一个具有声波传播的环境中时，它就会被声波所作用，这种作用力会使它的重力和它的磁力相抵消。因此，我们选择了一种新型的单轴式换能器，它的工作频率被定义为20KHz，当一个半径为R的泡沫球被放置在一个排除外界干扰声波良好传播的环境下时，它会被一种叫做轴向声波的力所作用，这种力的大小取决于它声波频率的高低。则公式（3-1）可知，此悬浮小球受到的轴向声辐射力为（3-1）当一个物体漂浮于声音的环境中，它所承受的重量和声波的传播能量是相等的，因此，我们就能够计算出物体的振幅u0，表示为公式（3-2）（3-2）在声源的振幅A和在声场空间内，媒介物的振动速率的幅值u0之间存在着关系为式（3-3）的联系。（3-3）则悬浮起泡沫球，声源即换能器辐射端的振幅A为式（3-4）（3-4）当一个物质的密度越高，它就越容易漂移到声辐射力越低的地方，而当它的密度越低，它就越容易漂移到声辐射力越高的地方。因此，要想让一个物质漂移到声辐射力越低的地方，就必须让它的密度越高，这样它就越容易漂移到声辐射力越低的地方。通过应用声悬浮力的公式，我们发现换能器辐射端的振幅仅仅存在于理论上，因此，在实际的设计过程中，我们需要把sin（2）kz=1的参数输入，从而获得换能器辐射端的振幅，其表达形式为式（3-5）（3-5）3.2.5换能器阵的设计要求在这篇文章中，我们提出了一种新的换能器系统，它可以将泡沫塑料小球从地面上提升到空中，并且具有良好的悬浮性。这种系统的核心部分是一个可以使物体在空中保持稳定的轴向声学悬浮系统。采用20KHz的换能器阵列，将一个半径约R的泡沫小球放置于一个由声压和重力达到平衡的声学环境，其所承载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。由于泡沫小球和钢球所承受的声波传播量相似，因此我们可以使用相似的表达式来进行计算。因此，当我们将一个物体放置于一个声场空间时，它的振幅A可以用式子（3-7）来表示。（3-7）由于泡沫塑料小球的密度相对较低，因此，我们需要努力让它们保持一种静止的状态，即保持其振幅不变。然而，当我们把sin（2）kz=1的数据输入到公式（3-8）后，就会发现，振幅变化的幅度也会随之发生变化，从而影响到振动的强弱。（3-8）经过改进，我们的新型换能器具有更高的振幅，输出端的振幅达到了7.5μm，而后盖板的振幅也达到了2μm。这意味着，我们的新型换能器具有更高的振幅放大率，达到了3.75。由于这些优点，我们决定采用半波长的换能器。鉴于换能器的传输距离受到一定的局限性，阵元轴心距的选定应当尽量保持一个合理的值，以确保能够满足最佳的传输效果。目前，我们的阵元轴心距已经达到了16mm，这一值可以满足我们的要求，而且，我们可以根据阵元轴心距的要求，精确地调整陶瓷片的尺寸，以达到最佳的传输效果。鉴于目前关于换能器阵的研究仍然相当匮乏，我们将采用一种新颖的布局，即将两个换能器元件按照一定的间隔进行布局，其中，每个元件的辐射端面将采用一个凹陷的圆形，而这种布局的细节可参照图3.4。图3.4换能器前端原理图

第4章系统的软件设计4.1软件主流程图本系统由硬件‎‏设计和‎‏程序设‎‏计两部‎‏分构成‎‏。硬件‎‏设计分‎‏为协调‎‏器和终‎‏端设计‎‏。协调器由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个显示屏和四个按键组成，而报警模块则由两个蜂鸣器组成。终端由一个主控制单片机和它的最小组件组成，它的电源电路由一个传感器接口组成。（1）Arduino芯片和4超声波发射器模块构成了整个系统的核心部分；（2）keil5是一个用于软件平台的程序；（3）画原理图用AD；（4）编程语言用C语言；（5）设计结构框图。图4.1模块原理图4.2超声波测距软件设计通过应力作为驱动力，超声波传感器和超声波发射器都能够检测到物体的运动。其中，应力指的是物体受到电场的作用而产生的应力，而这种应力又会导致物体的运动。当外界的正电荷和压电陶瓷的极化正电荷发生碰撞，而当外界的负电荷发生碰撞，这两种电荷就会发生互抵，从而使得压电陶瓷的厚度和长短发生减少或增大。但是，如果外界的极性发生了逆转，那么这种情况就会导致压电陶瓷的厚度和长短发生增大或减小。使用双晶振子的超声波传感器，将双压电陶瓷片按照逆向的极性排列，使得一片延展，而另一片则收紧。为了更好地传输信号，双晶振子的两面均涂有薄膜电极，并且将电极的两端分别连接至振动板和电极的两个端，从而实现超声波传感器的传输。在开启系统前，主程序会进行必要的准备，以确保它能够正常运行。其中，T0的定时器模式是16位的，这是一个开启的起点。随着时间的推移，我们会开启一个新的时刻，这个时刻的定时器会以40khz的方波，并且会以12MHZ的晶振，以及1us的机械周期，以此来确定被测物与测距设备的位置。一旦，我们就会根据定时器T0的时刻（也就是超声波的传播时长），准确地估算它们的位置，并以图形的形式展现给大家。一旦电路被激活，T1就会启动一个时间周期，并且将信号传输至65ms，然后T1就会触发一个中断，并且向其他信号发射一个40khz的脉冲信号，从而实现信号的反向传输。此外，INTO中断的功能就是将信号从一个0状态传输至另一个状态，从而实现信号的反向传输，从而达到与预先规划的设计相一致的目的。如果发生了外界的中断，我们需要从ENINTF0和ENINTF1位移开这些位，以防止它们被重复使用。我们可以使用软件来移开这些位，以防止它们被重复使用。一旦发生了这种情况，我们可以立即终止这个中断，然后继续执行其他的任务。通过IO口TRIG，我们能够实现对目标物体的远程定位，并且能够提供最低10us的高电平信息。此外，该模块还能够同步传输8个40khz的方波，从而更好地满足定位需求。此外，当目标物体接收到任何一个高电平，我们还能够根据该电平的长度来确定其反向传播的时长。通过这个模块，我们能够快速准确地测量物体的位置.这个过程非常容易，只需要将电平调节至10US或更大，然后将电平调节至适合的时长，便能够获得所需的位置信息。这个过程的时长与声速成正比，因此，我们能够轻松地完成对物体的位置测量，流程图如下。图4.2程序流程图4.3按键输入模块软件设计当系统初始化完成后，开始正常工作。按下不同按键分别执行不同功能。当系统初始化完成后，开始正常工作。按下不同按键分别执行不同功能。在矩阵键盘‎‏按键较‎‏多时为‎‏了减少‎‏IO口‎‏的运用‎‏，通过‎‏按键排‎‏列成矩‎‏阵的方‎‏式，采‎‏用逐行‎‏或者是‎‏逐列扫‎‏描，就‎‏可以读‎‏出按键的状态。扫描的概念‎‏‎‏：‎‏数码‎‎‏‏管扫‎‏描‎‏‎‏(输出‎‏‎‏扫‎‏描)‎‎‏‏原理‎‏:‎‏‎‏显示第‎‏‎‏一‎‏位>‎‎‏‏显示‎‏第‎‏‎‏二位，‎‏‎‏然‎‏后循‎‎‏‏环这‎‏个‎‏‎‏过程，‎‏‎‏最‎‏终实‎‎‏‏现所‎‏有‎‏‎‏数码管‎‏‎‏同‎‏时点‎‎‏‏亮的‎‏效‎‏‎‏果。矩‎‏‎‏阵‎‏按键‎‎‏‏扫描‎‏(‎‏‎‏输入扫‎‏‎‏描‎‏）原‎‎‏‏理:‎‏扫‎‏‎‏描第一‎‏‎‏行‎‏>扫‎‎‏‏描第‎‏二‎‏‎‏行>>‎‏‎‏>‎‏>>‎‎‏‏扫描‎‏第‎‏‎‏一列>‎‏‎‏>‎‏扫描‎‎‏‏第二‎‏列‎‏‎‏>>得‎‏‎‏出‎‏按键‎‎‏‏位置‎‏，工作流程图如下。图4.3按键输入模块工作流程图4.4LCD显示屏模块软件设计当单片机初始化完成后，系统开始正常工作。这个模块可以将计算出来的数据转换成十进制对照BCD码，并将其发送到P0口，以实现动态显示。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图4.2LCD显示屏模块工作流程图4.5超声换能器阵的驻波悬浮传输能力在这篇文章里，我们提出了新的换能器阵元，它们既满足了我们的设计需求，又能在悬挂状态下工作。此外，我们还提出了将这些阵元通过特殊的结构组装在一起，以达到更好的效果。在这种情况下，我们可以通过改变谐振腔的长度来改善声场的效果，从而提高整体的性能。通过对比不同的谐振腔长度，我们发现，当H=8.5mm的情况下，每个阵元都处于相应的谐振频率，而且2号阵元的输入工作电流也是37.4V，因此，我们可以通过改变1号阵元的激发电流，将其逐渐升高，最终达到38.5V，以此来改变它的性质，并且可以通过这种方式来改变它的参数，以达到更好的效果。将1阵元的输入工作电压降低到0，然后切换到2阵元，如图4-10所示，当辐射端与反射端的间距达到8.5mm时，改变换能器阵元的输入工作电流的大小，就能让直径约4mm的气泡小球进行驻波悬浮传播。第5章系统测试5.1主板实物图此主板由一组散热片，一个IO接口，四个按键，一块Arduino芯片等原件组成。其设计思路为由IO接口接入电流通过Arduino芯片中编写的程序作用在超声波发生装置中使其运行，通过靠近散热器的按键可以使超声波发射器发出的频率小幅的增加，当使悬浮物稳定在超声波发射器之间时可通过位于按键模块中间的两个按键进行调节使悬浮物进行短距离的移动，随着运行时间的延长主板的温度随之升高，通过散热片进行降温散热，当系统温度升高到一定程度时蜂鸣器会警报提醒停止运行，可通过按下靠近IO接口的按键使超声波发射器的功率恢复至开始运行的状态。图5.1主板完整实物图5.2测试原理通过采用超声波换能器，将来自外部的能量从电能变换成机械能，从而将能量发送到“声压节点”，该装置能够将声波的强度从低到高，并且能够将声波的强度变换到声压的强度，从而形成驻波，从而达到能量的有效分配。通过建立一个平衡的状态，将物质固定在超声波发射装置中，从而实现物体的悬浮效果。图5.2是单轴声悬浮的原理图。活塞声源装在长圆管的底部，在活塞辐射面的对面设有反射器，在其间建立驻波声场，辐射面与反射面相距为半波长的整数倍。当声场中的辐射压力与物体的重力相平衡时物体即悬浮在空间中。如果改变反射器的距离或振动器的频率，则可以移动物体在空间中的位置。 图5.2超声波悬浮基本原理图5.3实际运行效果图5.3超声波发射器水平放置工作图第6章总结与展望6.1总结尽管调试过程中遇到了一些挑战，但在老师的指导下，我最终成功地发现了问题，并且采取了有效的措施来纠正设计中的缺陷，从而使系统软件的运行更加高效。这些措施主要涉及到以下几个方面：。（1）经过功率模块模拟仿真，我们发现调试输出值与设计要求存在较大差距。经过仔细检查，我们发现电路板焊接存在一些技术缺陷，因此需要进行重新焊接。（2）通过使用仿真软件，我们发现了一些错误的代码。经过调整，我们发现，在启动程序流程时，单片机并未正常复位。为了获得更准确的结果，我们在程序流程中添加了复位程序。（3）在进行模拟仿真时，我们发现端口号P0存在逻辑错误。虽然这并不会对最终的输出造成影响，但是在实际的印刷制版过程中，它确实会对电源电路造成损害。经过调查，我们发现，当数据信息发送错误代码时，我们无法区分忙碌状态。经过对忙碌情况的细致分析，系统软件运行良好，而且没有出现任何异常的数据信息，也没有出现任何逻辑错误。6.2展望通过对区域监控管理系统的深入分析，我们提出了一种基于单片机的自动控制系统，它可以有效地实现制造连动，其主要设计步骤如下：（1）经过系统研究，我们发现周围环境会对检测设备产生重要影响。因此，我们提出了一种新的系统，它能够自动控制声音大小和指令，保证安全工作区域的监控管理；（2）为了解决前面提到的问题，我们提出了一个新的方案，即使用声音感应器来收集数据，并使用单片机来控制整个系统。虽然模拟仿真表明所有设计都符合技术规范，但是系统软件仍存在一些缺陷，需要在今后的研究中加以完善。（3）在本设计中，我们没有采用任何误差控制的优化算法，而是采用了PID优化算法、模糊算法、神经网络控制算法等更加精确的控制方法，从而大大提升了实施的效率。（4）在未来的工作和学习中，工业触摸屏可以通过引入计算机接口来实现更加高效的数据传输，比如通过智能手机APP实现实时的语音数据交互，从而使工作人员可以随时随地监控机器的运行状态。参考文献[1]常颖,杨志刚,吴博达,程光明,田丰君,彭太江.超声波悬浮性能及承载能力的实验研究[J].压电与声光,2019,27(2):197-199.[2]潘松,王冬,黄卫清.基于超声悬浮的微扭矩测量系统[J].传感器与微系统,2020(7):134-136.[3]王冬,潘松,黄卫清.一种新型超声的设计及实验研究[J].压电与声光,2019,32(6):926-928.[4]乔玉林,杨善林,臧艳,董新宇.超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响[J].润滑与密封,2018,37(4):6-9.[5]包钢,高焓,程廷海,肖承丰,李华.超声减摩技术及其在气动系统中的应用研究与展望[J].液压与气动,2020,0(3):1-10.[6]王洪臣,杨志刚,刘磊,杨利.基于轴向支撑超声波悬浮高速电机的研究[J].压电与声光,2019,37(5):833-837.[7]王洪臣,杨利,杨志刚,刘磊.超声振动承载气膜对电机转子悬浮支承与减摩的研究[J].润滑与密封,2018,40(12):66-70.[8]王洪臣,李锟,吴波,杨利,杨志刚.基于超声波悬浮支撑的高速电机的设计[J].机床与液压,2020,0(3):78-80.[9]常颖,吴博达,杨志刚,程光明,田丰君.超声波悬浮推力承载能力及减摩性能[J].吉林大学学报：工学版,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.附录电路图A图A.1电路原理图源代码/**************************************************************************//***@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**@paramtopOfMainStackMainStackPointer**AssignthevaluemainStackPointertotheMSP*(mainstackpointer)Cortexprocessorregister*/__ASMvoid__set_MSP(uint32_tmainStackPointer){msrmsp,r0bxlr}/***@briefReversebyteorderinunsignedshortvalue**@paramvaluevaluetoreverse*@returnreversedvalue**Reversebyteorderinunsignedshortvalue*/__ASMuint32_t__REV16(uint16_tvalue){rev16r0,r0bxlr}/***@briefReversebyteorderinsignedshortvaluewithsi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