超声波测距设计报告

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1、项目：超声波测距仪的设计院系：交通信息学院指导老师：邬志锋姓名：朱进波戴汉儒何权辉时间：2011/7/09-2011/7/2111目录一、超声波测距的基本原理……………………………………31.1超声波发生器………………………………………………31.2压电式超声波发生器原理…………………………………31.3超声波测距原理……………………………………………3二、硬件电路设计………………………………………………52.1整体电路设计………………………………………………52.2超声波测距仪设计原理框图………………………………52.3超声波发射电路……………………

2、………………………52.4超声波接收电路……………………………………………62.5显示电路设计………………………………………………72.6超声波测距总原理图………………………………………72.7超声波测距PCB图…………………………………………7三、软件设计……………………………………………………83.1程序完成的功能……………………………………………83.2主程序流程框图……………………………………………83.3中断服务程序框图…………………………………………9四、结束语………………………………………………………10参考文献…………………………………

3、………………………1111一、超声波测距的基本原理谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。1.1超声波发生器为了利用超研究和利用声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是

4、用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。1.2压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了

5、。1.3超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播

6、介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。如图1-1所示。11超声波发射障碍物SHθ超声波接收图1-1超声波的测距原理（1-1）（1-2）式中:L---两探头之间中心距离的一半.又知道超声波传播的距离为:(1-3)式中:v—超声波在介质中的传播速度;t—超声波从发射到接收所需要的时间.将（1—2）、（1—3）代入（1-1）中得：(1-4)其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是

7、一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,则(1—4)变为:(1-5)所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H.11二、硬件电路设计2.1整体电路设计整体电路的控制核心为单片机STC89C52RC。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接收。2.2超声波测距仪设计原理框图单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出，超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用NE553进行比较处理后，启动单片机中

8、中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别，计算，测出距离数并送LCD显示。图2-2超声波测设计