【正文】 測(cè)量距離x 測(cè) 量 距 離 y2 測(cè)量距離y1 換能器 a 換能器 b 入射角 φ z1 z2 換能器間距 z 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誤差分析 20 當(dāng)障礙物的距離較小時(shí) , 這個(gè)誤差就會(huì)成為近距離時(shí)的主要誤差來源。 影響測(cè)量誤差的因素 8 很多 , 包括現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾、時(shí)基脈沖頻率等。 整個(gè)課題側(cè)重于近距高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究，通過相關(guān)資料和文獻(xiàn)的查找后，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)方案，并完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟硬件調(diào)試。半年來，鄧?yán)蠋熢谏钌蠠o微不至的關(guān)懷，學(xué)習(xí)上全心全力的教誨令我銘感肺腑、終生難忘。鄧?yán)蠋熣J(rèn)真批閱了本文，提出了不少問題和意見，這些問題和意見對(duì)修改和完善論文起了重要和積極的作用。常常親聆溫老師的教誨，不僅使我增長(zhǎng)了學(xué)問和見識(shí)，而且領(lǐng)會(huì)了為人處事的道理。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。 5% 之間。 圖 41 脈沖個(gè)數(shù)與回波聲強(qiáng)對(duì)計(jì)時(shí)影響示意圖 超聲波波束入射角的影響 如果系統(tǒng)是用來測(cè)量面與點(diǎn)的距離 , 則被測(cè)物、換能器及換能器所在測(cè)量參考平面三者之間存在一個(gè)幾何角度 , 即反射波入射到換能器的角度 , 當(dāng)這角度不是 90176。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器 T1 OUT: RETI 。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μs ，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)即超聲波來回所用的時(shí)間按 下式計(jì)算 可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃ 時(shí)的聲速為 344 m/s 則有： d=(v t)/2 =(172T0/10000)cm （ 32） 其中， T0為計(jì)數(shù)器 T0的計(jì)算值。這樣，只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可以計(jì)算超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于 PCB 上的允許電流，接地線寬度應(yīng)在 23mm以上。 PCB 電路的抗干擾處理 PCB 的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，主要采取了以下措施： (1)電源線設(shè)計(jì)。 231114U 1ALM324M657114U 1BLM324121314114U 1D100KR5100KR7100KR610KR8100K R9100KR10100KR1110KR1210KR6C310uFC4VCCGNDC510uFC6C8VCCGND9108114U 1CLM324100K R13100KR15100KR14C710uFC9VCCGND VCCVCC10uFC10100KR16100KR17GNDVCCVCC5KR1821TCT4010S1 圖 34 超聲波檢 測(cè)接收電路 超 聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 35 所示。當(dāng)然不同接收探頭的輸出信號(hào)強(qiáng)度存在差異。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖 33 所示。 16 位地址總線由 P0經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位地址（ A0～ A7）； P2口直接提供高 8位地址（ A8～ A15）。不應(yīng)將數(shù)據(jù)寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是 “0”。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0 口監(jiān)測(cè)超 聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。其中選擇合適的器件和合理的電路布局將對(duì)系統(tǒng)有很大的影響，并且硬件系統(tǒng)的性能是整個(gè)測(cè)距系統(tǒng)可靠性的最根本保證。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。由于 由于EPM7128SLC8415的算法復(fù)雜，所以在軟件實(shí)現(xiàn)起來編程也較復(fù)雜。 圖 22 壓電式傳感器構(gòu)圖 方案選擇的論證和選擇 設(shè)計(jì)方案一 采用單片機(jī)來控制的超聲波測(cè)距儀是先 由單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)線，把信號(hào)引入到與超聲波發(fā)射器相連的信號(hào)引腳上，再由超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì) 時(shí)。所以，只要對(duì)這種材料加以交變電場(chǎng)，它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。在壓電陶瓷上加上有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。 由于是利用超聲波測(cè)距，要測(cè)量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù)定的傳播距離，同時(shí)這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測(cè)到回波信號(hào)和防止外界干擾信號(hào)的干擾。由于空氣沒有剪切彈性，只有體積彈性，因而氣體中聲波的傳播東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 超聲波測(cè)距的基本理論及測(cè)量方案的選擇 5 形式只能是縱波。其振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，質(zhì)點(diǎn)位移的長(zhǎng)軸垂直于傳播方向，質(zhì)點(diǎn)位移的短軸平行于傳播方向，隨著深度增加很快衰減，離表面一個(gè)波長(zhǎng)以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅很微弱。人們所感覺到的聲音是機(jī)械波傳到人耳引起耳膜振動(dòng)的反應(yīng)，能引起人們聽覺的機(jī)械波頻率在 20Hz20KHz，超聲波是頻率大于 20KHz 的機(jī)械波 在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，用脈沖激勵(lì)超聲波探頭的壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這振動(dòng)在與其接觸的介質(zhì)中傳播，便形成了超聲波。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量范圍 1cm— 10cm，精度可達(dá)到 %，分辨率優(yōu)于 。比如 :在計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)中，采用了“延遲接收，信號(hào)分離”的技術(shù)和相關(guān)計(jì)數(shù)法減小了計(jì)數(shù)誤差，對(duì)于聲速的測(cè)量誤差，使用溫度補(bǔ)償法，在軟件設(shè)計(jì)中采用了 查表的方法，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償校正。文中給出了設(shè)計(jì)原理、硬件實(shí)施和測(cè)量結(jié)果。 4年之后， 1934 年 Sokolov 首次發(fā)表了關(guān)于在液體槽子里用穿透法作實(shí)物試驗(yàn)的結(jié)果，他用了各種方法做了實(shí)驗(yàn)，用來檢測(cè)穿過試件的超聲能量，其中之一是用簡(jiǎn)單的光學(xué)方法觀察液體表面由超聲波形成的波紋。面對(duì)廣闊的市場(chǎng)空間以及 日益苛刻的測(cè)量要求，如何提高適用范圍和測(cè)距精度就成為了當(dāng)前超聲波測(cè)距設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵所在。 由于超聲波具有以上特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量物體的距離、厚度、液位等領(lǐng)域。 AT89C52 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 III 目 錄 1 緒論 .................................................. 1 論文研究的背景和意義 ........................................... 1 超聲波測(cè)距領(lǐng)域的歷史和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ........................... 1 本課題的研究方法 ............................................... 3 2 超聲波測(cè)距的基本理論及測(cè)量方案的選擇 ................... 4 超聲波的定義 ................................................... 4 超聲波的波型 .............................................. 4 超聲波的傳播速度 .......................................... 4 超聲波測(cè)距的原理 .......................................... 5 超聲波傳感器介紹 ............................................... 6 方案選擇的論證和選擇 ........................................... 7 設(shè)計(jì)方案一 ................................................ 7 方案設(shè)計(jì)二 ................................................ 8 方案設(shè)計(jì)三 ................................................ 8 方案設(shè)計(jì)四 ................................................ 9 3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................... 10 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ...................................... 10 AT89C52 單片機(jī)的介紹 ...................................... 10 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 ............................................................................12 超聲波檢測(cè)接收電路 ....................................... 13 超聲波發(fā)射電路 ........................................... 14 PCB 電路的抗干擾處理 .......................................... 15 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) .............................................. 15 超聲波測(cè)距器的的算法設(shè)計(jì) ................................. 15 系統(tǒng)的主程序 ............................................. 16 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 ..................... 17 系統(tǒng)的軟調(diào)試及性能分析 ........................................ 18 4 誤差分析 .............................................. 19 超聲波回波聲強(qiáng)的影響 .......................................... 19 超聲波波束入射角的影響 ........................................ 19 超聲波傳播速度的影響 .......................................... 20 總結(jié) ................................................... 21 致 謝 ................................................. 22 參考文獻(xiàn) ............................................... 23 附錄一 原理圖 ......................................... 24 附錄二 源程序 ......................................... 25 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 1 緒論 論文研究的背景和意義 測(cè)距的原理和方法有很多，根據(jù)信息載體的不同可分為光學(xué)方法、無線電方法和超聲波方法。在保證性能要求的情況下有效的提高了器件壽命。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通運(yùn)輸業(yè)的不斷興旺，汽車的數(shù)量在不斷的增加。同時(shí)采用間歇式的工作模式，非采樣期間只有顯示器、穩(wěn)壓器等處于活動(dòng)狀態(tài) 。 ultrasonic wave。 (3)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化 。 超聲波測(cè)距儀雖然原理簡(jiǎn)單，但是由于超聲波測(cè)距受到許多外界因素制約，包括所測(cè)的超聲波傳播時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，環(huán)境溫度等等，如何選擇合適