【正文】 數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），只讀程序存儲器（ROM），輸入輸出電路（I/O口），還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。例如，取R=200kΩ時，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。當輸入正弦波信號，則３腳的輸出即為方波如圖7所示：LM555 圖7波形變換圖在經(jīng)過波形變換后進入超聲波檢測電路，超聲波檢測電路由紅外接收專用芯片CX20106a組成，引腳圖如圖8所示：圖8 CX20106a引腳圖各引腳功能如下所示：1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ。圖5 超聲波接受模塊原理圖圖5中收到的超聲波信號通過一個放大倍數(shù)為11倍的同向比例放大器進行放大[19]，然后加入到施密特觸發(fā)器進行波形變換。圖4 LM386引腳圖 超聲波接收模塊設(shè)計超聲波信號在空氣中傳播一段距離后碰到運動物體反射回來，接收部分的電路由放大電路、信號變換電路以及超聲信號檢測電路三部分組成組成。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。圖3中的功率放大利用集成芯片LM386來實現(xiàn)的，這是專為低損耗電源所設(shè)計的功率放大器集成電路。(3)從傳感器設(shè)計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難?？諝庵谐暡ǖ乃p系數(shù)與頻率的平方成正比，所以空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波的中心頻率。若已知介質(zhì)中的聲速為C，換能器的接收頭接收的波的時刻與發(fā)射脈沖時刻的時間差為t，間的距離進而求出速度。 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?？傮w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，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。這樣，就可以結(jié)合上述公式求出運動物體的速度與多普勒頻移之間的關(guān)系，如下：（1）當波源靜止，觀察者運動時 （） （2）當波源運動，觀察者靜止時 （） （3）當兩者相對運動時 （） 其中第（）式的情況在實際情況中不會出現(xiàn)，但是注意到兩者相對運動時的第（）式中出現(xiàn)了波源的運動速度Vs，這時就需要用第（）式先求出波源的運動速度，進而求出物體的運動速度。傳統(tǒng)的超聲波傳感器使用的是揚聲器之類的動圈式轉(zhuǎn)換器、電容式麥克風之類的可變電容式轉(zhuǎn)換器或者磁滯伸縮器件，目前常用的超聲波傳感器為壓電式超聲波傳感器。要利用超聲波進行測速，首先要研究超聲波傳感器的工作原理[11][12][13]。聲波頻率界限圖如圖2所示。按線性聲學的觀點，對聲波產(chǎn)生的物理過程做如下定性描述：連續(xù)彈性媒質(zhì)可以看作是由許多彼此緊密相連的質(zhì)點組成，當彈性媒質(zhì)中的質(zhì)點受到某種擾動時，此質(zhì)點便產(chǎn)生偏離其平衡位置的運動，這一點運動勢必推動與其相鄰質(zhì)點也丌始運動。系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1所示測速原理圖中，超聲波發(fā)射模塊是由單片機內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生40KHZ的方波信號，由單片機控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射超聲波信號，接收模塊則是負責對回波信號進行檢測分析然后傳輸給單片機進行運算處理，單片機運算完畢后，將數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊進行顯示。利用單片機產(chǎn)生方波信號，通過超聲波換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)射出去，利用超聲波接收模塊對回波信號的時間以及頻率進行記錄,通過單片機的運算，進而得出物體的運動速度。但現(xiàn)今沒有一套超聲波雷達測速系統(tǒng)同時具備兩種測速功能，因此而導致對變速物體速度測量誤差增大，測速復雜。他認為聲波頻率在聲源移向觀察者時變高,而在聲源遠離觀察者時變低。潘仲明等[15]對大作用距離超聲波傳感技術(shù)進行研究， 的新型超聲波傳感器，其作用距離超過了32m，測量誤差小于2%。隨著軍事和國民經(jīng)濟各部門中超聲波應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大功率的超聲波磁致伸縮傳感器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型等多種超聲傳感器。 自19世紀末到20世紀初，在物理學上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。但微波雷達易受到其他電磁信號的干擾、低速情況下誤差太大[3]。在當今時代下隨著人們對外太空的開發(fā)逐漸加速，測速雷達在未來的空間開發(fā)會有更大作用，所以對于測速雷達的研究前景相當廣泛。關(guān)鍵詞：超聲波、多普勒、單片機The Study of Ultrasonic Velocity Radar SystemABSTRACTIn the existing ultrasonic speed radar system, most use the single use time interval velocimetry, other single use the Doppler effect velocimetry. However, when the movement speed changes in a wide range. Single velocity measurement will be Increase the measurement error, So use the Single Chip Microputer as the core ,Ultrasonic transducer as the sending and receiving ponents, across the reasonable control of the timing , integrate Transittime velocimetry and Doppler velocimetry in one system, realise use the two method take measurement at the same time .According to the theoretical analysis, this system has a low measurement error、high accuracy, Verify the feasibility of the system, The research has some theoretical value and application prospect.KEYWORDS: Ultrasonic wave、Doppler、Single Chip Microputer目錄第1章 緒論…………………………………………………………… 1 課題研究背景及意義…………………………………………… 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………… 2 本文研究工作…………………………………………………… 3 小結(jié)………………………………………………………… 3第2章 超聲波測速系統(tǒng)硬件的設(shè)計………………………………… 5 超聲波測速總體設(shè)計方案……………………………………… 5 測速原理………………………………………………………… 7 超聲波發(fā)射模塊設(shè)計…………………………………………… 9 超聲波接收模塊設(shè)計…………………………………………… 12…………………………………………… 16 ………………………………………………………… 20第3章 超聲波測速系統(tǒng)軟件的設(shè)計………………………………… 21 程序流程圖……………………………………………………… 21 小結(jié)…………………………………………………………………24 第4章 系統(tǒng)性能分析……………………………………………… 25 系統(tǒng)功能分析………………………………………………………25 系統(tǒng)誤差分析………………………………………………………26 影響回波時間t 測定的因素及減小誤差的方法………… 26 測量環(huán)境對測量精度的影響分析………………………… 27 盲區(qū)……………………………………………………………28 小結(jié)……………………………………………………………28 第5章 總結(jié)…………………………………………………………… 30 致謝………………………………………………………………………31 參考文獻………………………………………………………………… 32 附錄………………………………………………………………………34 第1章 緒論在現(xiàn)在這個高速發(fā)展的時代中，各類測速雷達在其中扮演了不可或缺的作用。畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于單片機的超聲波雷達測速系統(tǒng)專業(yè)班級學號308學生指導教師　二○一二 年超聲波測速雷達系統(tǒng)的研究摘要現(xiàn)有超聲波雷達測速系統(tǒng)多采用單一的時差法測速或多普勒法測速，然而當被測物體的移動速度大范圍變化時，單一的測速方法會引入較大的測量誤差。研究成果有一定的理論價值和應(yīng)用前景。隨著社會的飛速發(fā)展，由于超聲技術(shù)能夠有效的提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全，降低生產(chǎn)成本，其應(yīng)用日益廣泛。而微波雷達則是利用多普勒效應(yīng)進行速度測量，即無線電波在傳播過程中碰到物體時會反彈，而且反彈回來的電波頻率以及振幅會隨碰撞物體的運動情況而變化[2]。而在現(xiàn)有的超聲波雷達測速系統(tǒng)中，要么是單一的時差法測速，或者是單一的利用多普勒效應(yīng)測速，無法考慮到速度變動很大時應(yīng)采取不同方法測速而導致的測量誤差增加，所以應(yīng)該把兩種測速方法集成在一個測速系統(tǒng)中去。1917年，法國物理學家Paul Langevin用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器[4]，并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。目前，我國的超聲學研究取得了巨大的發(fā)展，有些方面已接近或達到國際先進水平。 多普勒效應(yīng)是為紀念Christian Doppler而命名的,他于1842年首先提出了這一理論?，F(xiàn)在雖然時差法測速和多普勒測速在實際生活中都已有所