【正文】 用的時間。 超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì) 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。 12538764*?espFul七E圖 34 超聲波測距電路原理圖第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。電路原理圖如圖 34 所示。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖23)。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。上位電阻R1O、R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C 與溫度有關(guān)。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測距原理 單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 tr，然后求出距離 S＝Ct／2，式中的 C為超聲波波速。5l 系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法?？臻e方式：CPU 停止工作，而讓 RAM、定時／計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 31 所示。 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測距原理 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn) 5l 系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C51)采用 40 引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由 CPU，4kB 的 ROM，256 B 的 RAM，2 個 16b 的定時／計(jì)數(shù)器 TO 和 T1，4 個 8 b 的工／O 端 I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。單片機(jī)采用 AT89C51 或其兼容系列。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。 測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收，直接接收波方式，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，適用于測距儀。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本文采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器，用動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時器。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。 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。第二章 課程的方案設(shè)計(jì)與論證 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)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。(3).對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)一超聲波測距儀，要求：(1).設(shè)計(jì)出超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路檢波電路定時器 單片機(jī) 控制 顯示器圖 11 超聲波測距儀原理框圖 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一超聲波測距儀，任務(wù)：(1).了解超聲波測距原理。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。對本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對單片機(jī)的理解和應(yīng)用。 設(shè)計(jì)的意義超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場例如：液位、井深、管道長度等場合。隨著測距儀的技術(shù)進(jìn)步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。第一章 緒論 課題設(shè)計(jì)目的及意義 設(shè)計(jì)的目的隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。無庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。因此研究超聲波測距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。 超聲波測距儀的設(shè)計(jì)思路 超聲波測距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度 υ 在空氣中傳播，在到達(dá)被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測物體的距離。在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。表 11 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（m／s）313 319 325 323 338 344 349 386 超聲波測距儀原理框圖如下圖單片機(jī)發(fā)出 40kHZ 的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送 LED 顯示。(2).根據(jù)超聲波測距原理，設(shè)計(jì)超聲波測距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。(2).對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。(4).以數(shù)字的形式顯示測量距離。利用超聲波檢測距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求。電氣方式包括壓電型、電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液