201002063131(31号)林山

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1、传感器与检测技术课程设计福建电力职业技术学院课程设计课程名称：传感器与检测技术课设题目:超声波测距系统设计专业班次：10（三）检测1班姓名：林山学号：201002063131指导教师：苏两河学期：2011-2011学年第一学期日期：2012.2.13-2012.2.2019传感器与检测技术课程设计摘要18世纪，意大利传教士兼生物学家斯帕兰·扎尼在研究蝙蝠夜间活动时，发现将蝙蝠眼睛蒙上，在伸手不见五指的黑夜里，它仍能穿梭飞行，可是把蝙蝠的双耳塞住，它就会到处瞎撞。原来，蝙蝠飞行时能发出高频率的尖叫，由它特大的耳廓接收回波，来判定出目标或障碍物及其距离。蝙蝠是靠高频

2、率的尖叫来确定障碍物的位置的。蝙蝠尖叫声的声波频率在每秒2万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的，这样的声波被称之为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。在自然界中除了蝙蝠还有很多其它动物能发出超声波，如海洋中的海豚也具备很强的超声定位本领。人们正是从自然界生物中获得了灵感，开始了仿生学研究并取得卓著成果。第二次世界大战时，军舰已使用回声探测术来侦察水下的潜艇。50年代，科学家们将超声波探测技术应用到医学上，到70年代以来，以B型超声成像为代表的医学超声诊断技术已经取得了很快的发

3、展。超声诊断由于安全、简单、经济、信息量丰富而受到医学界的特别赏识。现在超声波已广泛应用于无损探伤物位测量测厚测距等领域。近二、三十年，特别是近十年来，由于电子技术及压电陶瓷材料的发展，使超声检测技术得到了迅速的发展。超声技术是一门以物理、电子、机械、及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等）来实现对非声学量（如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的测定。它的基本原理是基

4、于超声波在介质中传播时遇到不同的界面，将产生反射，折射，绕射，衰减等现象，从而使传播的声时，振幅，波形，频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。目前,超声波测距在各种场合均已经得到广泛的应用，如汽车倒车、海洋测量、物体识别、工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等。19传感器与检测技术课程设计目录摘要I第一章基于单片机超声波测距系统的设计11.1超声波测距系统概述11.2本设计任务和主要内容2第2章系统主要硬件电路设计32.1方法论证与比较32.2单片机系统电路42.3系统硬件电路4第3章系统的软件设计83.1超声波测距

5、器的算法设计83.2主程序设计93.3超声波发射和接收子程序103.4显示子程序133.5超声波测距控制源程序14结束语15参考文献1719传感器与检测技术课程设计第一章基于单片机超声波测距系统的设计1.1超声波测距系统概述超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声

6、波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用

7、常用的压电式超声波换能器来实现。超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间，知道在介质中的传播速度，就可以计算出距被测物体的距离：（1-1）式中D为被测物到测距仪之间的距离，S为超声波往返通过的路程，V为超声波在介质中的传播速度，T为超声波从发射到接收所用的时间。为了提高精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系：（1-2）式中，T为实际温度(℃)，v的单位为m/s。19传感器与检测技术课程设计1.2本设计任务和主要内容设计一个超声波测距器，可以应用于汽

8、车倒车、建筑施工工地以及