【正文】 夠得到廣泛應(yīng)用[8][9][10]，是因為超聲波具有以下幾個特性：(1)超聲波為直線傳播，繞射能力弱，反射能力強(qiáng)；(2)超聲波在液體、固體中傳播衰減很小，穿透能力強(qiáng)，在空氣中傳播速度較慢；(3)超聲波的頻率越高，波束越窄，聲波定向傳播和反射能力也就越強(qiáng)，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的低頻聲波；(4)超聲波通常以縱波的形式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，在一定距離內(nèi)沿直線傳播且具有良好的束射性和方向性；(5)超聲波的輻射特性除了與其振動頻率有關(guān)外，還與超聲波傳感器的輻射面積有關(guān)。聲波頻率界限圖如圖2所示。這樣，媒質(zhì)中質(zhì)點相繼在各自的平衡位置附近往返運動，便將擾動以波的形式傳播到周圍更遠(yuǎn)的媒質(zhì)中去，形成波動[6]。按線性聲學(xué)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(dāng)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。超聲波測速的程序既有較復(fù)雜的計算，又要求精細(xì)計算程序運行時間，所以控制程序擬采用C語言編程。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(jī)內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生40KHZ的方波信號，由單片機(jī)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(fù)責(zé)對回波信號進(jìn)行檢測分析然后傳輸給單片機(jī)進(jìn)行運算處理，單片機(jī)運算完畢后，將數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊進(jìn)行顯示。針對現(xiàn)有的超聲波測速雷達(dá)系統(tǒng)對變速物體的速度測量誤差大這一現(xiàn)狀，本文提出了在同一套系統(tǒng)中同時用兩種測速方法實現(xiàn)對運動物體速度的測量，即在同一套系統(tǒng)中實現(xiàn)時差法以及多普勒測速。利用單片機(jī)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(jìn)行記錄,通過單片機(jī)的運算，進(jìn)而得出物體的運動速度。 本次設(shè)計準(zhǔn)備建立一個以單片機(jī)為核心的超聲波雷達(dá)測速系統(tǒng)，把時差法測速以及多普勒測速集成到這套系統(tǒng)中，使其同時具備時差法和多普勒測速的功能。但現(xiàn)今沒有一套超聲波雷達(dá)測速系統(tǒng)同時具備兩種測速功能，因此而導(dǎo)致對變速物體速度測量誤差增大，測速復(fù)雜。國外在利用超聲波多普勒效應(yīng)在20世紀(jì)40年代開始逐漸興起，開始主要是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)治療，1950年人們研制出第一代多普勒雷達(dá)，這對飛行器自備式導(dǎo)航提供了廣闊的前景，將其真正應(yīng)用于測速是在20世紀(jì)末才發(fā)展起來的，2009年澳大利亞生產(chǎn)的儀Model6520超聲波多譜勒流速儀，是對多普勒測速的成功利用，而國產(chǎn)的LSH101型超聲波多普勒流速儀由北京戴美克科技有限公司生產(chǎn)的以其不懼泥沙、漂浮物等而受市場歡迎，目前人們對于超聲波多普勒測速隨著控制系統(tǒng)的逐漸提升而不斷改進(jìn)提升，在未來反侵略戰(zhàn)爭和空間技術(shù)開發(fā)中都將用到，相信多普勒測速技術(shù)在未來會有更加廣闊的發(fā)展前景。他認(rèn)為聲波頻率在聲源移向觀察者時變高,而在聲源遠(yuǎn)離觀察者時變低。超聲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為我們提供了一個充分認(rèn)識客觀事物的有利工具，呈現(xiàn)給我們一個更加多元化、精彩紛呈的世界。潘仲明等[15]對大作用距離超聲波傳感技術(shù)進(jìn)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%。作為一門交叉學(xué)科，電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展、電力電子器件的不斷更新?lián)Q代也大大促進(jìn)了超聲技術(shù)的發(fā)展。隨著軍事和國民經(jīng)濟(jì)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。20世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮應(yīng)制成各種機(jī)電傳感器。 自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)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(xué)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。超聲波雷達(dá)測速與其他兩種相比較就是超聲波雷達(dá)對雨、霧、雪的穿透能力比微波更強(qiáng),可以在更加惡劣的氣候條件下工作,并且系統(tǒng)制作簡便,成本低，以其節(jié)約性而更適用于大眾生活。但微波雷達(dá)易受到其他電磁信號的干擾、低速情況下誤差太大[3]。其中激光雷達(dá)測速是利用激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來最終被接收器所接收，接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間，因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖[1]，鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對速度的測量。在當(dāng)今時代下隨著人們對外太空的開發(fā)逐漸加速，測速雷達(dá)在未來的空間開發(fā)會有更大作用，所以對于測速雷達(dá)的研究前景相當(dāng)廣泛。比如在鐵路系統(tǒng)中對火車速度測量，生產(chǎn)線上對機(jī)床速度測量等。關(guān)鍵詞：超聲波、多普勒、單片機(jī)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(xiàn)………………………………………………………………… 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(dá)在其中扮演了不可或缺的作用。理論分析表明，該系統(tǒng)的測量誤差小，測量精度高，驗證了系統(tǒng)的可行性。畢業(yè)設(shè)計（論文）題目超聲波測速雷達(dá)系統(tǒng)的研究專業(yè)班級學(xué)號308學(xué)生指導(dǎo)教師　二○一二 年超聲波測速雷達(dá)系統(tǒng)的研究摘要現(xiàn)有超聲波雷達(dá)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(dāng)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。鑒于此，本文以單片機(jī)為核心，以超聲波換能器為收發(fā)元件，通過合理的時序控制，將時差法測速和多普勒法測速集成在一套系統(tǒng)中,實現(xiàn)了兩種方法的同時測量。研究成果有一定的理論價值和應(yīng)用前景。從人們?nèi)粘Ｉ畹礁黝惞I(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究，測速雷達(dá)為人類社會的發(fā)展立下了汗馬功勞。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。在現(xiàn)代雷達(dá)測速系統(tǒng)中，按照各類測速雷達(dá)的波長可以分為三大類，一是激光雷達(dá)，其波長一般介于405nm到670nm之間，二是微波雷達(dá)其波長為7cm到25cm之間。而微波雷達(dá)則是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)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]。超聲波測速則分為時差法和利用多普勒效應(yīng)兩種方法進(jìn)行對速度的測量，時差法多用于低速測量，而利用多普勒效應(yīng)測速則多用于對高速的測量。而在現(xiàn)有的超聲波雷達(dá)測速系統(tǒng)中，要么是單一的時差法測速，或者是單一的