【正文】 測工作。 超聲的應用目前各種超聲波儀器和裝置已經(jīng)廣泛地應用在了工業(yè)、通信、醫(yī)療等許多行業(yè)中。 （4）超聲波的聲壓特性當聲波進入某物體時,由于聲波振動使物質分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產(chǎn)生變化。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質量有關外，主要是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質分子愈能得到更高的能量。因為當聲波進入某一介質中時，由于聲波的作用使物質中的分子也隨之振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。（3）超聲波的能量傳遞特性超聲波之所以能在各個工業(yè)部門中得到廣泛的應用，主要原因還在于比聲波具有強大得多的功率。對于同一介質，聲波的頻率越高，介質吸收就越強。即超聲波射線從一種物質表面反射時，入射角等于反射角，當射線透過一種物質進入另一種密度不同的物質時就會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質的密度差別愈大，則折射率也愈大。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為20000赫茲)時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。具體的硬件、軟件設計細節(jié)，將在本文第三章和第四章中詳細闡述。由單片機計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，結合超聲波聲速通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離，并將距離和溫度補償模塊所測得的環(huán)境溫度在LCD屏幕上予以顯示。 本設計相關說明根據(jù)設計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S52單片機作為主控制器[]，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成，其中硬件部分主要由單片機主系統(tǒng)及超聲波發(fā)射模塊、超聲波接受模塊、溫度補償模塊、語音播報模塊、LCD顯示模塊幾部分組成。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結果加以數(shù)值校正。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關。從國內(nèi)外研究狀況可以看出，影響超聲波檢測精度的因素是測量的超聲波傳輸時間和超聲波在介質中的傳播速度。目前，超聲技術和擴頻通信技術的結合在某些方面已經(jīng)得到了應用。中國科學院上海聲學實驗室[8]文章介紹兩個不同頻率的超聲波在測距的時候先后被發(fā)射出去，其中頻率較大的超聲波用于測量較近的距離，對回波信號進行分析處理，并自動設定合理的鑒幅閡值，再發(fā)送頻率較小的測較遠的距離，捕捉回波前沿某一固定位置的信號，從而達到精確測距之目的，這樣可實現(xiàn)在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的測距精度。根據(jù)處理的結果設定盡可能合理的鑒幅閡值。哈爾濱工業(yè)大學分為兩次進行粗測距和精測距[7]。這些思路在測量裝置上得以實現(xiàn)。此外還設想并實現(xiàn)了一個兩步相關法以減少處理時間。該方法采用PRBS(偽隨機二進制信號序列)作為發(fā)送信號，通過求互相關函數(shù)確定傳播時間，由此達到非常高的抗干擾能力。國內(nèi)一些學者也作了相關研究。此使用了不同頻率的超聲波。如果在這個過程中，波形沒有畸變，且高斯白噪聲疊加在返回波上，則此方法的精確度均高于閾值檢測法。[3]提出了一種對于輸入超聲波信號的功率譜算法，該算法利用了信號進行傅里葉變換后功率譜密度中所包含的信號特征確定回波的前沿，更加精確的確定渡越時間。這樣，被測目標的距離與方位能夠依據(jù)空間幾何關系就能算出。它共有五個超聲傳感器構成這個系統(tǒng)最主要的感知裝置。目前在各個領域中都得到了使用，并取得了很好的成果。迄今，我國對超聲已經(jīng)廣泛地在的各個領域得到發(fā)展和應用，特別要提出的是，其中一些項目能夠與國際水平相接近。 現(xiàn)階段本課題相關研究現(xiàn)狀 ，代表著人類第一次產(chǎn)生的高頻聲波。目前基于超聲波測距的精度需求和盲區(qū)減小的需求也越來越大，如油庫和水箱液面的精確測量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機械內(nèi)部損傷的檢測等。因為它是非接觸式的，所以它就能夠在某些特定場合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用。而由于超聲波的速度相對光速小的多，其傳播時間比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。但由于超聲波傳播聲時難于精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求更高的場合下的應用。關鍵詞：AT89S52，超聲波，傳感器，測距儀，溫度補償，LCDDesign and Implementation of Ultrasonic Range FinderAbstractSound frequencies above 20kHz is called Ultrasound, it belongs to the scope of mechanical can also follow the general mechanical wave propagation in an elastic medium, as in the medium occurs at the interface reflection and refraction, absorption of the medium into the medium occurred after attenuation. Ultrasound can be used for distance measurement with these properties. With the continuous improvement of technological level, ultrasonic distance measurement techniques are widely used in daily work and life.System design includes two parts, namely, hardware and software programs. Hardware circuit includes a microcontroller circuit, transmitter circuit, receiver circuit, display circuit and temperature pensation circuit, in addition to reset circuit and munication circuit. AT89S52 microcontroller is the core of hardware which is low cost,miniaturization,with LCD liquid crystal display and so on. The modular design of the livelong circuit contains the signal transmission and reception, temperature measurement, display, voice broadcast and other microcontroller timer starts time when the probe launch ultrasound, after the original ultrasound was reflected, ultrasound will be incepted by the probe,then microcontroller stop working and get time. After sending the temperature39。軟件程序主要由主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。發(fā)射探頭的信號發(fā)射出去，單片機的計時器開始計時，然后當單片機接收回波時,計數(shù)器停止工作并得到時間。硬件電路以AT89S52單片機為核心，并具有低成本、微型化、帶LCD液晶顯示等特點。 系統(tǒng)的設計主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用于距離的測量中。超聲波測距儀的設計和實現(xiàn)摘要 超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規(guī)律，如在介質的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質后被介質吸收而發(fā)生衰減等。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小Ｓ布娐分饕▎纹瑱C電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和溫度補償電路，另外還有復位電路和通訊電路等。整個電路采用模塊化設計，由信號發(fā)射和接收、溫度測量、顯示、語音播報等模塊組成。溫度測量后送到單片機,通過程序對速度進行校正, 結合兩者實現(xiàn)超聲波測距的功能。它控制單片機進行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對超聲波速度的校正，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示在LCD上。measurement to the microcontroller, process of correction will revise the can achieve the function of ultrasonic ranging by bining the anterior time and speed. Main software program include preset subroutine, subroutines launch, receive routine, display routines and other modules. It controls the microcontroller to send and receive data, velocity correction on the ultrasonic at a certain temperature, data displaying on the LCD.Key Words：AT89S52,Ultrasonic wave,Ensor,Range Finder,Tempearture pensation,LCD目 錄摘要…………………………………………………………………………………………………ⅰAbstract……………………………………………………………………………………………...ⅱ第一章 緒論………………………………………………………………………………………..1 選題背景及意義……………………………………………………………………………..1 現(xiàn)階段本課題相關研究現(xiàn)狀……………………………………………………………......1 本課題相關說明………………….………………………………………………………….3第二章 超聲測距技術方案分析…………………………………………………………………..4 超聲與超聲的特性………………………………………………………………………..…4 超聲的應用……………………………………………………………………………..……5 超聲波傳感器………………………………………………………………..………………5 超聲波傳感器的原理及結構……………………………………………..……………5 超聲波傳感器的種類……………………………………………………..……………7 超聲波發(fā)射器………………………………………………………..…………………8 超聲波接收器……………………………………………………..……………………8 超聲測距原理………………………………………………………..………………………9 超聲測距原理………………………………………………………..…………………9 超聲波測量中盲區(qū)及近限和遠限……………………………………………………10 提高測距儀性能的方法………………………………………………………………11 超聲測距系統(tǒng)的主要參數(shù)…………………………………………………………………12 傳感器的指向角………………………………………………………………………12 測距儀的工作頻率……………………………………………………………………12 聲速……………………………………………………………………………………13 發(fā)射脈沖寬度…………………………………………………………………………13 測量盲區(qū)………………………………………………………………………………13第三章 超聲波測距系統(tǒng)硬件部分設計…………………………………………………………15 概述…………………………………………………………………………………………15 各功能模塊介紹設計………………………………………………………………………16 單片機處理單元………………………………………………………………………16 發(fā)射模塊………………………………………………………………………………19 接收模塊………………………………………………………………………………21 語音播報模塊…………………………………………………………………………22 溫度補償模塊…………………………………………………………………………24 無線傳輸模塊…………………………………………………………………………25第四章 超聲波測距系統(tǒng)軟件部分設計………………………………………………..…………27 超聲波測距儀的算法設計…………………………………………………………………27 主程序流程圖………………………………………………………………………………28 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序………………………………………………29第五章 系統(tǒng)實現(xiàn)與檢驗…………………………………………………………………..………31 硬件組實物圖………………………………………………………………………………31 功能測試……………………………………………………………………………………33 測試環(huán)境………………………………………………………………………………33 測試結果………………………………………………………………………………35 超聲波測距誤差分析………………………………………………………………………35 發(fā)射接收時間以及當