超声波测距之文献综述

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1、文献综述一、引言伴随着时代的发展我国经济水平的提高，对于先进的技术的需求也越来越多。超声波测距技术在越来越多的领域发挥着作用。如今的石油勘测技术、汽车的倒车报警技术、汽车的维修与检测技术、现代植保机械与施药技术、物体识别、海洋测量等等。由此可见超声波测距的前景还是十分广阔的,这也是选择超声波测距作为我的毕业课题的一个原因。二、超声波测距原理超声波是超过人类听力范围的一种特殊的波，同样具有声波传输的最基本的物理特性。超声波测距是一种非接触式的检测方式，与激光测距、红外线测距相比，超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感，对于被测物体处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰大或者有毒等恶劣的环境下

2、有一定的适应能力，同时超声波还具有指向性强，能量消耗缓慢以及在介质中传播距离远等优点。超声波的工作原理是通过反射来实现的。通过测量发射超声波和遭遇物体反射回来的反射波的时间间隔t，就可以通过公式计算出超声波发射点和观测点之间的距离S，如图1所示。公式如下：S=1/2vt式中v：超声波音速（声速）340m/st：超声波的时间间隔。S三、主要设计根据罗兆纬的《超声波测距系统设计》、王占选的《具有温度补偿功能的超声波测距系统设计》文章中所采取的系统整体结构设计，结合实际我的系统由为四部分组成，如图1所示。分别是：数码管显示模块、TMS320F28027DSP芯片、超声波传感器模块、温度传

3、感器模块。TMS320F28027芯片用作控制单元，超声波传感器HC－SR04用于超声波的发送以及回波信号的接收，温度传感器DS18B20用于对外界环境温度的采集，数码管用于对目标与障碍物的距离进行显示。TMS320F28027/TMSVC550911.超声波传感器模块王占选的《具有温度补偿功能的超声波测距系统设计》文章中超声波传感器HC－SＲ04集超声波的发送和接收功能于一体，可以非常方便地提供5～400cm范围的非接触式距离感测功能。引脚由上而下依次为电源引脚、超声波发送的触发引脚、回波信号的响应引脚以及接地引脚。触发引脚接收到不低于10μs的TTL高电平信号输入之后传感器会自

4、动发送8个40kHz的方波信号(超声波);有回波信号返回后会从响应引脚输出一个高电平，高电平的持续时间就是超声波从发送到接收时刻之间的时间差。为了保证测量的准确度，要求超声波发送的时间间隔不小于60ms。设计电路图如下图2、图3所示。超声波接收电路的工作原理:当超声波接收头接收到超声波的回波时，根据压电型探头的原理可知，将在探头引脚两端产生很小的电压信号，通过滤波和放大后可以送给单片机进行处理。超声波接收电路通过采用TL074完成四级放大，并通过滤波电路滤波，最后将获得的足够高的电平回馈给单片机Em78p153，进行模块的下一步处理。2.温度传感器在高美霞的《单片机控制的超声波测距

5、仪的设计》中有这么一段话在测距过程中，由于受温度的影响，不同温度环境中测出的距离有所差异。为此设计数字式温度传感器DS18B20，以减小温度对距离的影响。DS18B20有许多突出的特性，拥有独特单线接口的方式，通常使用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。DS18B20采用外部电源供电方式，测温范围－55～125℃，在－10～85℃时精度为±0．5℃。在实现高精度测温过程中，它的可编程的分辨率为9～12位，对应的分辨温度分别为0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．0625℃。另外在王占选的《具有温度补偿功能的超声波测距系统设计》论文中也有这么一段文字是关于

6、温度补偿的方法。零摄氏度下，超声波在空气中的传播速度是331．4m/s，由于其速度受到空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大［7］，温度每升高1℃，速度就会相应增加约0．6m/s，对测距精度要求高的场合需要通过温度补偿的方法对其进行修正。速度与温度的关系式为c=331．4×槡1+T/273≈331．4+0．607T(1)式中:c是超声波在空气中的速度，单位是m/s;T是环境摄氏温度，单位是℃。本文选用DS18B20作为温度采集设备，它是Dallas公司生产的单总线数字温度传感器，具有微型化、低功率、高性能、抗干扰能力强等优点，适合于各种温度测控系统［8］，在－10

7、～85℃范围内的测量误差仅为±0．5℃。传感器直接输出的是温度信号数字值，采用单总线技术可以方便的与单片机进行通信。2.DSP芯片TMS320F28027/TMSVC5509朱高中《基于DSP超声波测距系统的设计与研究》中所采用的是TMSVC5509数字信号处理器（DSP）为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。TMS320F28027也具有以上的低成本、高精度等特点，而又根据自己的实际需要采用设计决定先采用TMS320F28027