超聲波傳感器 測距：NI淘寶品牌店開業(yè)啦，雙十一特惠熱賣中
超聲波傳感器主要是利用超聲波特點研發(fā)出的傳感器，通過送波器將超聲波向?qū)ο笪锇l(fā)送，通過受波器接受這種反射波，來檢測對象物的有無和距離對象物的距離。通過計算從超聲波發(fā)信到受信為止所需要的時間和聲速的關(guān)系，來計算傳感器和對象物之間的距離。此外，有些機(jī)器通過對穿過送波器和受波器間物體產(chǎn)生的超聲波的衰減或遮斷進(jìn)行檢測，從而檢測對象物的有無。由此可知超聲波傳感器通常可以在其他類型的傳感器不足的情況下工作而且超聲波傳感器可以檢測到使其他類型的傳感器受挫的物體，并且可以在某些非常巧妙的情況下工作。接下來小編和大家了解一下超聲波傳感器的常見應(yīng)用有哪些？
超聲波傳感器短距離測量應(yīng)用解決方案
超聲波是某些汽車應(yīng)用的理想選擇。現(xiàn)在，它已用于現(xiàn)代先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）中的盲點檢測和自動泊車。它已在許多新SUV流行的后備箱打開式行李箱／尾門功能中找到了位置。這些傳感器足夠小，價格適中，是新用戶的不錯選擇。工采網(wǎng)提供MaxBotix 行人檢測超聲波傳感器 － MB1010是一款超低功耗、寬波束角和高靈敏度的超聲波傳感器，它可以通過脈寬輸出、模擬電壓輸出以及串口輸出得到可靠穩(wěn)定的距離數(shù)據(jù)。并且測量周期短，可測距離長達(dá)6．45米。同時，它也是公司很受歡迎的室內(nèi)超聲波傳感器，因為它是一款非常出色的低成本通用型傳感器。
超聲波液位檢測應(yīng)用解決方案
液體液位的準(zhǔn)確測量是實現(xiàn)生產(chǎn)過程檢測和實時控制的重要保障，也是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。在我國很多地方都需要遠(yuǎn)程水位監(jiān)控，如工廠蓄水池、農(nóng)田灌溉用的水庫、供水的水塔、河道水位等。做好這些領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控水位很重要。超聲波液位傳感器的廣泛應(yīng)用得益于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、費用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實時控制。對于遠(yuǎn)程水位監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測，可通過安裝工采網(wǎng)提供的美國SENIX ToughSonic－50 超聲波液位傳感器 － TSPC－21S／21SRM／25P來作為水位超限報警，當(dāng)水位值、電壓值、電流值超限時超聲波液位傳感器將報警信息傳送給遠(yuǎn)程水位監(jiān)控系統(tǒng)通知相關(guān)工作做好防備工作。
輔助自動駕駛汽車中的超聲波目標(biāo)檢測應(yīng)用解決方案
許多主要的汽車制造商和技術(shù)公司都在測試完全自動駕駛的自動駕駛汽車。日產(chǎn)和通用汽車甚至表示，到2020年，他們將在道路上試運(yùn)行自動駕駛汽車，這兩種自動駕駛汽車（以及結(jié)合了駕駛員輔助技術(shù)的人類駕駛汽車）都廣泛使用傳感器來監(jiān)控道路和周圍環(huán)境。例如，超聲波傳感器可以檢測相鄰車道上的汽車以進(jìn)行“盲點檢測”，并在有人處于盲區(qū)時提醒駕駛員。工采網(wǎng)提供的UPA超聲波傳感器 － T／R55．5－15．5E279Z－L19－01密閉式傳感器，又稱倒車?yán)走_(dá)“探頭”，是倒車?yán)走_(dá)的核心部件，利用超聲波測量車輛周圍障礙物間的距離。
超聲波傳感器在工業(yè)過程薄膜厚度監(jiān)控中的解決方案
如今，微電子薄膜，光學(xué)薄膜，抗氧化薄膜，巨磁電阻薄膜，高溫超導(dǎo)薄膜等在工業(yè)生產(chǎn)和人類生活中的不斷應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)的薄膜，其厚度是一個非常重要的參數(shù)，直接關(guān)系到該薄膜材料能否正常工作。通常情況下，薄膜的厚度指的是基片表面和薄膜表面的距離，而實際上，薄膜的表面是不平整，不連續(xù)的，且薄膜內(nèi)部存在著針孔、微裂紋、纖維絲、雜質(zhì)、晶格缺陷和表面吸附分子等。
如大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)工藝中的各種薄膜，由于電路集成程度的不斷提高，薄膜厚度的任何微小變化，對集成電路的性能都會產(chǎn)生直接的影響。除此之外，薄膜材料的力學(xué)性能，透光性能，磁性能，熱導(dǎo)率，表面結(jié)構(gòu)等都與厚度有著密切的聯(lián)系。因此在生產(chǎn)工藝中對膜厚進(jìn)行在線精確檢測， 是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的重要手段。目前膜厚測量儀器向高精度、自動化方向發(fā)展， 已達(dá)到很高的水平， 其測量精度對一般膜層為被測膜厚的±2％～±5％， 對于較薄膜為±2nm， 并具有微區(qū)測量功能、測量速度快、自動化程度高。特別是隨著科技的進(jìn)步和精密儀器的應(yīng)用，除了上述的檢測技術(shù)方式外薄膜厚度的測量方法還可以用超聲波傳感器來對薄膜厚度進(jìn)行檢測。推薦的MaxBotix 超聲波傳感器 － MB7480是高性能超聲波精度 測距儀可在空氣中提供高精度，高分辨率的超聲波測距。
舉報/反饋
超聲波傳感器 測距：基于STM32的超聲波傳感器測距（含代碼）
? ? ? ? 上學(xué)期寫的嵌入式系統(tǒng)課程實驗報告中超聲波傳感器設(shè)計部分， 在此分享一下~
1. 實驗原理
? ? ? ? 超聲波傳感器采用的是HC-SR04，具有VCC、GND、Trig、Echo四個引腳，其使用方法為：將Trig 設(shè)置為高電平并保持至少10us，傳感器將發(fā)出 8 個脈沖的聲波。對于聲波產(chǎn)生回聲所需的整個時間內(nèi)， Echo 為高電平。測量該高電平時間即可知經(jīng)過的時間，則可計算障礙物的距離。
? ? ? ? ?測量Echo 為高電平的時間是利用STM32的通用定時器進(jìn)行輸入捕獲，測量得到的高電平時間通過公式：距離 =? Thigh *340/2 (m) ，其中Thigh 單位為秒(s), 340米/秒(m/s)為聲速。
2. 設(shè)計分析
? ? ? ? 由STM32F4xx數(shù)據(jù)手冊可知，所采用的板子有TM2-TM5四個通用定時器，該設(shè)計中采用TIM3定時器（16位）。它具有輸入捕獲模式、輸出比較模式、單脈沖模式等多種功能模式，其中，輸入捕獲模式可以設(shè)置捕獲上升沿或下降沿對輸入信號進(jìn)行捕獲，發(fā)生捕獲事件時，當(dāng)前計數(shù)值可被獲得，如果已使能中斷則可觸發(fā)中斷。本設(shè)計采用輸入捕獲模式對Echo信號進(jìn)行捕獲與計時。
? ? ? ? 根據(jù)HC-SR04數(shù)據(jù)手冊得知，該超聲波傳感器射程為2cm-4m，代入距離公式中可得Thigh的范圍大致為0.0235~ 0.s，即1/Thigh的范圍在42.5-8500Hz之間，故選擇計數(shù)器時鐘1MHz即可滿足要求。
3. 設(shè)計過程
1. 用 STM32CubeMX配置對應(yīng)引腳生成項目代碼。
1）配置引腳
在左端設(shè)置TIM3為內(nèi)部時鐘輸入，并使能通道1，可以看到右邊PA6變?yōu)榫G色，在電路圖中尋找PA6對應(yīng)的外部引腳編號為D12，該引腳將連接超聲波傳感器的Echo引腳，為方便器件連接，選擇D12相鄰的外部引腳D11作為輸出與Trig連接，故配置D11相應(yīng)的引腳PA7為GPIO輸出。引腳配置圖與電路圖見下方所示。
圖1 引腳配置圖
?
圖2 引腳對應(yīng)電路圖
?
2）配置計時器TIM3參數(shù)
? ? ? 板子沒有焊外部晶振，故時鐘源選用HIS，定時器時鐘頻率為16MHz。如下圖所示。
圖3 時鐘配置圖
? ? ? ? ?定時器TIM3參數(shù)配置如下圖所示，預(yù)分頻系數(shù)位15，即TIM3定時器最后頻率為16 MHz/(15+1)=1MHz；最大計數(shù)值為0xffff()，并在NVIC中開啟中斷。?
圖4 TIM3參數(shù)配置圖
?
3）生成項目代碼
2. 用Keil打開生成的項目代碼，增加處理邏輯代碼
1）首先定義捕獲次數(shù)capture_cnt，捕獲計數(shù)值capture_value1,capture_value2，及高電平時間hightime與距離distance。
2）查看HAL庫中關(guān)于TIM的函數(shù)，在主函數(shù)的while 中添加以下代碼。根據(jù)捕獲次數(shù)進(jìn)行不同操作。當(dāng)捕獲次數(shù)為0時，使能TIM3中斷模式的輸入捕獲，并設(shè)置其觸發(fā)捕獲方式為上升沿觸發(fā)；當(dāng)發(fā)送捕獲時，進(jìn)入捕獲中斷函數(shù)（其中中斷函數(shù)為自動生成的，里面調(diào)用了觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，故可直接在回調(diào)函數(shù)中處理），在捕獲回調(diào)函數(shù)中獲取當(dāng)前計數(shù)值賦給capture_value1，再更改捕獲方式為下降沿觸發(fā)；當(dāng)再次發(fā)生捕獲時，將當(dāng)前計數(shù)值賦給capture_value2，然后停止輸入捕獲。在主函數(shù)中，根據(jù)capture_value1和capture_value2直接的差值即可得到時間，再代入距離公式便求得距離。
?
?3）在主函數(shù)的while循環(huán)中打開串口接收，判斷接收到的數(shù)據(jù)為00時，進(jìn)行距離測量：給超聲波模塊的Trig引腳一個高電平。
?
此處附上項目代碼以供參考：
超聲波傳感器 測距：超聲波傳感器測距
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超聲波傳感器測距
超聲波模塊HC-SR04
超聲波測距工作原理
可以聽到的聲波：振動頻率為20Hz～Hz
超聲波：頻率高于赫茲的聲波
超聲波特性：指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，經(jīng)常用于距離的測量
超聲波測距原理：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離s=340t/2 。
模塊主要技術(shù)參數(shù)
使用電壓：DC---5V，靜態(tài)電流：小于2mA
電平輸出：高5V，低0V
感應(yīng)角度：不大于15度，探測距離：2cm--450cm
高精度 可達(dá)0.2cm
模塊引腳說明
VCC：供5V電源，GND：地線
TRIG：觸發(fā)控制信號輸入端，ECHO：回響信號輸出端
測距時，用控制板給TRIG端輸入脈沖信號，用ECHO端計算發(fā)射到回波的時間
系統(tǒng)接線
TRIG：接控制板2號引腳，ECHO：接控制板3號引腳，
VCC和GND分別接控制板5V和GND。
程序設(shè)計
1 #define Trig 2 //引腳Tring 連接 IO D2
2 #define Echo 3 //引腳Echo 連接 IO D3
3 float cm; //距離變量
4 float temp;
5
6 void setup()
7 {
8 Serial.begin(9600);
9 pinMode(Trig, OUTPUT);
10 pinMode(Echo, INPUT);
11 }
12
13 void loop()
14 {
15 //給Trig發(fā)送一個低高低的短時間脈沖，觸發(fā)測距
16 digitalWrite(Trig, LOW); //給Trig發(fā)送一個低電平
17 delayMicroseconds(2); //等待2微妙
18 digitalWrite(Trig,HIGH); //給Trig發(fā)送一個高電平
19 delayMicroseconds(10); //等待10微妙
20 digitalWrite(Trig, LOW); //給Trig發(fā)送一個低電平
21 temp=float(pulseIn(Echo,HIGH)); //存儲回波等待時間，pulseIn()返回脈沖的高電平時間長度，單位是微秒
22 //pulseIn函數(shù)會等待引腳變?yōu)镠IGH，開始計算時間，再等待變?yōu)長OW停止計時
23 //聲速是340m/1s，換算成cm/μs=34/1000
24 //距離(厘米)=(回波時間*(34/1000))/2=回波時間*17/1000
25 cm=(temp*17)/1000; //把回波時間換算成cm
26 Serial.print("Echo=");
27 Serial.print(temp); //串口輸出等待時間
28 Serial.print("|| Distance=");
29 Serial.print(cm); //串口輸出距離
30 Serial.println("cm");
31 delay(100);
32 }
發(fā)表于
2018-07-10 16:04
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超聲波傳感器 測距：超聲波測距
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超聲波測距
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項目
審核
。
由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求，因此在移動機(jī)器人研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。
中文名
超聲波測距
外文名
Ultrasonic ranging
領(lǐng) 域
測繪科學(xué)與技術(shù)
特 征
指向性強(qiáng)
用 于
距離的測量
應(yīng) 用
移動機(jī)器人研制
目錄
1
引言
2
原理
3
誤差分析
4
電路設(shè)計
5
應(yīng)用
超聲波測距引言
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語音
為了使移動機(jī)器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。介紹了三方向（前、左、右）超聲波測距系統(tǒng)，就是為機(jī)器人了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個運(yùn)動距離信息。在超聲波測距中,通常因溫度和時間檢測的誤差,使得測距的精度不高。
[1]
超聲波測距原理
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語音
1、 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。
圖1 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2、壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。3、超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。測距的公式表示為：L=C×T式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時間差(T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達(dá)到百米，但測量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達(dá)到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。
超聲波測距誤差分析
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根據(jù)超聲波測距公式L=C×T，可知測距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。時間誤差當(dāng)要求測距誤差小于1mm時，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t<(0.001/344) ≈0.s 即2.907μs。在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達(dá)到微秒級，就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內(nèi)。超聲波傳播速度誤差超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系，如表1所示。已知超聲波速度與溫度的關(guān)系如下：式中： r —氣體定壓熱容與定容熱容的比值，對空氣為1.40，R —氣體普適常量，8.314kg·mol-1·K-1，M—氣體分子量，空氣為28.8×10-3kg·mol-1，T —絕對溫度，273K+T℃。近似公式為：C=C0+0.607×T℃式中：C0為零度時的聲波速度332m/s；T為實際溫度(℃)。對于超聲波測距精度要求達(dá)到1mm時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。例如當(dāng)溫度0℃時超聲波速度是332m/s, 30℃時是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測量100m距離所引起的測量誤差將達(dá)到5m，測量1m誤差將達(dá)到5cm。
超聲波測距電路設(shè)計
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超聲波測距系統(tǒng)的電路設(shè)計本系統(tǒng)的特點是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機(jī)選用8751，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖。其中只畫出前方測距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測距電路與前方測距電路相同，故省略之。1、40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。PUZEL： MOV 14H, #12H；超聲波發(fā)射持續(xù)200msHERE： CPL P1.0 ；輸出40kHz方波NOP ；NOP ；NOP ；DJNZ 14H，HERE；RET前方測距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在P1.0 端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口，工作原理與前方測距電路相同。2、超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑鳛橹袛嗾埱笮盘枺椭羻纹瑱C(jī)處理。前方測距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下：RECEIVE1：PUSH PSWPUSH ACCCLR EX1 ；關(guān)外部中斷1JNB P1.1, RIGHT ；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序JNB P1.2, LEFT ；P1.2引腳為0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序RETURN：SETB EX1；開外部中斷1
超聲波測距應(yīng)用
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語音
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,超聲波在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用范圍越來越廣。目前,離生活最近的超聲波應(yīng)用就是測距。如泊車輔助系統(tǒng)、智能導(dǎo)盲系統(tǒng)、移動機(jī)器人等距離測量都會用到超聲波測距。同時,超聲波測距技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對障礙物距離的精確測量。
[2]
詞條圖冊
更多圖冊
參考資料
1.
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2.
劉為芹,于會山. 超聲波測距系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用設(shè)計[J]. 無線互聯(lián)科技,2015,(19):147-148.
．中國知網(wǎng)．2015-10-10[引用日期2017-11-22]
