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1、毕业设计（论文）标题：超声波测距系统设计学生姓名：邓远超系部：电子工程系专业：应用电子技术班级：高电子0701 班指导教师：王维斌株洲职业技术学院教务处制目录摘要 I1 绪 论 11.1 超声波测距研究意义及发展概况11.2 超声波特性及超声换能器现状22 超声波测距系统地原理及设计方案42.1 超声波发生器及测距原理52.2 方案地设计62.3 超声波地电路设计82.4 超声波发射与接收电路133 软件设计193.1 主流程图193.2 温度读取程序203.3 LCD显示流程图203.4 外中断服务程序213.5 超声波发射程序21结论23参考文献24附录 1 部分程序 25附录 2 总电路
2、图 28后记29摘要本文介绍了一种基于单片机地超声波测距系统.该系统以空气中超声波地传播速度为确定条件 ,利用反射超声波测量待测距离,并且描述了系统研制地理论基础.文章概述了超声检测地发展及基本原理,介绍超声传感器地原理及特性,并且在介绍超声测距系统地基础上提出了系统地总体构成 .利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制 ,并且超声测距是一种非接触式地检测方式 .与其它方法相比 ,如电磁地或光学地方法 ,它不受光线、被测对象颜色等影响 .对于被测物处于黑暗、灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣地环境下有一定地适应能力地超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现
3、场地位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度地测量等场合.测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果 .关键词：超声波测距 单片机温度补偿I1 绪 论由于超声波指向性强 , 能量消耗缓慢 , 在介质中传播地距离较远 , 因而超声波经常用于距离地测量 , 如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现 . 利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制, 并且在测量精度方面能达到工业实用地要求 , 因此在移动机器人地研制上也得到了广泛地应用.1.1超声波测距研究意义及发展概况由于超声波指向性强 , 能量消耗缓慢 , 在介质中传播地距离较远 , 因而超声波经常用于距离地测量
4、 , 如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现 . 利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制 , 并且在测量精度方面能达到工业实用地要求 , 因此在移动机器人地研制上也得到了广泛地应用. 下面就介绍一下超声波测距研究意义及发展概况.( 一)超声波测距系统研究地意义道路交通事故是现代社会地一大公害, 与之相关地先进安全技术研究日益受到重视 . 基于智能交通系统地汽车防撞系统是先进安全技术地一项重要内容, 国内外相继开展了相关地研究, 但迄今为止在该领域还存在许多尚未解决地问题. 探讨和研究一种在高速公路汽车防撞系统. 在正常行驶时 , 该系统不报警 , 当自车与前车之间地
5、距离小于所设定地安全距离并有可能发生碰撞时, 该系统将发出报警信息, 提醒驾驶员采取相应地措施 , 以避免碰撞事故地发生. 高速公路汽车防撞系统地研究符合国内外汽车智能化地发展趋势, 该系统地应用可以保证高速运行车辆地安全性, 提高公路运输效率 , 具有广泛地应用前景和经济前景.特别是在空气测距中, 由于空气中波速较快, 其回波信号中包含地沿传播方向上地结构信息很容易检测出来, 具有很高地分辨力 , 因而其准确度也较其它方法为高.如今 , 超声测距技术在国防、汽车工业、公路监测及日常生活中也无处不在.( 二) 超声波测距系统国内外发展地概况迄今为止 , 国内外许多学者均着眼于测距传感器地研究.
6、 能够全天候工作地毫米波雷达是最为理想地测距传感器, 这己是目前国际上公认地结论. 超声测距传感器也可以全天候工作 , 而且价格低廉、便于安装使用, 也是一种较为理想测距传感器. 因此 ,1倘若不考虑从国外进口价格昂贵地毫米波雷达, 那么 , 超声传感器地作用距离问题,就成了当前开发超声测距系统地瓶颈制约. 根据声学理论 , 超声换能器地机电能量转换效率、超声波传播过程地能量衰减和回波接收电路地处理增益是影响超声传感器作用距离地主要因素. 因此 , 为扩大超声测距地范围, 不能仅仅依赖于大功率超声测距传感器 , 还必须从以下两个方面采取措施：其一、优化换能器地机械结构、电子线路和机电阻抗匹配参
7、数 , 以提高换能器地机电能量转换效率；其二、增加滤波电路或采用基于微处理器地自适应噪声抵消器对回波信号进行预处理, 增大后续信号处理算法地处理增益 , 以提高超声测距仪地输出信噪比. 只有这样 , 才可能研制出功耗低、量程大（ 20 40m）而且价格低廉地超声测距系统.毋庸置疑 , 超声传感器地研制成功, 不仅有益于促进科技进步、加快国内超声测距系统地开发进程 , 而且具有相当广阔地市场前景.1.2超声波特性及超声换能器现状具备发送和接收超声波功能地装置, 称为超声换能器 , 习惯上称为超声传感器或超声波探头 . 下面 , 简要介绍一下超声波特性和超声换能器现状.( 一)超声波及其特性超声波
8、具有较好地指向性频率越高 , 指向性越强 . 这在诸如探仿和水下声通讯等应用场合是主要地考虑因素 . 频率高时 , 相应地波长将变短 , 因而波长可与传播超声波地试样材料地尺寸相比拟 . 甚至波长可远小于试样材料地尺这在厚度尺寸很小地测量应用中以及在高分辨率地探伤应用中是非常重要地.超声波用起来很安静,这一点在高强度工作场合尤为重要. 这些高强度地工作用可闻频率地声波来完成时往往更有效 , 然而遗憾地是 , 可闻声波工作时所产生地噪声令人难以忍受, 有时甚至是对人体有害地 . 超声波地应用被严格地区分为低强度应用和高强度应用两类” . 在低强度应用类中 , 超声波或是用来研究试样材料地特性 ,
9、 或是用来作为控制手段 . 绝大多数情况是被测材料本身经受不起结构上地持久变形或是经受不起化学特性上地变化 , 才采用低强度超声波作为测试手段地 . 许多低强度应用场合中所用地超声波 , 其频率都很高 , 典型地工作频率是在兆赫兹地范围内 , 而其声功率地范围则较宽 , 一般可从数微瓦到数十毫瓦 . 在高强度应用类中 , 超声波通常是用来改变它所通过地物2质地性质 . 高强度应用几乎总是在低频地情况下进行地 , 通常就把工作频率选在刚好高出可闻声频地上限处 , 而其声功率则可以从数毫瓦至上千瓦 . 现代声学已经涵盖了从“ 10 4 10 14 ”Hz 地频率范围 , 相当于从大约 3 小时振动
10、一次地次声到波长短于固体中原子间距地分子热振动 . 振动频率在 16Hz 20kHz 之间地机械波 , 能为人耳所闻 , 称为声波；低于 16Hz 地机械波 , 称为次声波；高于 20kHz 地机械波 , 称为超声波, 而高于 100 MHz 地机械波 , 则称之为特超声波 .由于人耳听域有限 , 所以在自然界中似乎超声不存在 , 其实超声是广泛存在地 . 人耳听到地声音只是自然界声音地一部分 , 即可听声部分 , 而即使是可听声部分地声音, 有时仍然含有超声成分 , 只是人耳听不到 . 比如：自然界中许多动物发出地声音中就含有超声成分 , 蝙蝠是最出名地 . 它可以利用超声进行探测洞穴、捕获
11、昆虫 , 人类从 18 世纪就开始研究它 , 一直延续至今 , 并利用仿生学地原理制造出雷达等探测工具 . 在我国 , 解放前超声地研究是个空白 . 解放后不久 , 出现了很少量地超声学研究 .大规模地超声研究开始于 1965 年 . 到目前 , 我国在超生学地各个领域都开展了研究和应用 . 有不少地项目和成果达到了国际水平 .同其它声波一样 , 超声波地传播速度取决于介质密度和介质地弹性常数. 在大气条件下 , 超声波在相同传播介质中地传播速度是一样地 , 而且 , 在相当大地频率范围内, 声速是固定不变地 . 空气中地声波传播速度 c 可近似地表示为：C 331.4T273.16 331.4+0.6T(m/s)(1.1)273.16其中 T 是空气介质地温度（0 C ） . 因为声波是借助于传播介质中地质点运动而传播地 , 其传播方向与其振动方向一致, 所以空气中地声波属于纵向振动地弹性机械波. 在理想介质中 , 描述简谐声波向x 正方向传播地质点位移运动可表示为：ax(1.2)S(t)=A(x)cos(t+kx)=A 0 e
