超声波测距毕业论文2.doc

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1、1超声波测距的工作原理1.1超声波传感器我们知道以前在中学物理课上学过，当物体振动时会发岀声音。人类能听到的声音频率在20IIZ-20KI1Z范围之间，这就是所谓的对听声波，而超出该频率范围的声音，人类耳朵便听不到了，其屮频率低于20IIZ的声波被称为低频声波,频率高于20KIIZ的声波就是超声波了，简称超声。超声波与平常听到的声波在本质上其实杲一致的，它们都是由一种机械振动产生，以横波或纵波的方式通过一定的介质传播开來，是一种能量的传播形式，而它们的不同点在于频率的高低与波长的长短，超声波具有频率高，波长短的特点。本课题之所以选择超声波来作为传感器更重要的是因为它在空气

2、屮指向性很强而且可传递强能最，在短时间内它的能耗乂很低。超声波传感器可以将电能转变为所需的任意超生能,反过来也可以将超生能转变为电能以便进行数据处理。超声波传感器分为两个类别即电声型和流体动力型，因它们产生的超声波频率、声波与功率各不相同，也就导致了它们将适用于不同的场合。这里我们将使用的压电传感器是屈于电声型的一种。它的探头由晶片、楔块、接头等纽成，是实现声电转换的重要部分。超声波传感器的内部是由两块压电晶片与一个共振盘组成的，它们由两根金属线引出夕I、壳作为两电极。其T作原理是当两电极外加的脉冲信号频率筹于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片就会产生共振，从而带动共振盘

3、振动，发出超声波（图1）。/////////////✓////z////zz图1超声波发生器相反，若两电极ZI'可未外加电压，而此吋当外來的超声波刚好乂被共振盘接收吋，它将作用于压电品片以产生振动，从而把振动的机械能转变为电能通过导线传出以便进行相应的数据处理。1.2超声波测距原理及实现超声波测距根据其特有的性能可以分为脉冲冋波法、频差法和共振法。这里根据现场实际情况使用脉冲冋波法，它利用的就是超声波的反射特性。超声波测距，其原理是从超声波发射器输入40KHZ的脉冲串，通过超声波发生器产生机械波，同时单片机开始计时，超声波通过介质传播到被测物体的表面，在被测面发生反射与折

4、射，其屮被反射的部分经超声波接收器接收端接收，经声/电转换，此时得到的信号由于在反射到接收过程屮有较多的损耗，所以到达接收器的信号是毫伏级的正弦波信号，经放大、整形电路后传送到单片机。其I'可，从发射端发射信号到接收端接收信号的时间即为往返时间to根据物理上计算路程的公式s=v-t利用到超声波测距的实际屮可转换为s=c-t/2其屮，s就是所求的车尾与障碍物间的距离，c是超声波在空气屮的传播速度。1・3超声波测距系统参数选择超声波测距系统主要由超声波传感器、超声波发射及接受电路、放人、整形电路、单片机控制电路、LED显示、报警系统等组成。超声波测距系统的整体结构通逍选择收发

5、•体趙声波传感器超浮波发射与回波接收电路双P4开激励脉冲冋波信号—►单片机控制电路LED数码儈显示电路超用波放人9整形电路中断申请们号声音报警电路倒车雷达系统组成框超声波传感器性能的好坏很大程度上决定了超声波测距的准确性、灵敏性。超声波传感器的探头一般有收发一体式与收发分体式，鉴于要测的表而不一定都是光滑平整的，固可以选择电子市场上较常见的收发分体式，其一•般频率选40KHZo探头的型号接收端川SZW-R40-10P传感器和发射端川SZW-S40-12M传感器，这两支传感器的特性参数为表1收发传感器特性参数型号SZW-S40-12MSZW-R40-1OP结构开放式开放式使

6、用方式发射接收屮心频率40±lKHz40±KHz声压115dBmin(0dB=0.02mPa)-70dBmin(0dB=lV/pbar)指向性75°80°容量2500±25%pF1100±25%pF最低使用温度-40°C-40°C最高使用温度85°C85°C最小探测距离0.2m0.2m最人探测距离4m4m9mm9mm最人输入电压20Vp-p连续信号为了能够引起超声波传感器屮压电晶片的共振，发射电路频率宜选择传感器的固有频率40KH乙这样才可以使其工作于谐振频率从而达到最优的特性。超声波电信号放人部分可用集成电路CX20106A,选AT89C51作为单片机核心芯片，LED数

7、码管…（选什么类型的待补）…，报警系统…（选什么类型的待补）…。2系统硬件设计超声波测距系统硬件部分包括单片机控制电路、超声波发射与接收电路、信号放人电路、LED显示电路、蜂鸣报警电路、以及复位电路与吋钟电路等的设计。以上每种电路的设计都有多种方案，下面介绍的电路设计方式都是齐个电路屮比较常见的。2.1AT89C51芯片介绍AT89C51单片机是应川于超声波测距系统屮最为常用的一•种51系列单片机之一。它是-•种带4K字节FLASH存储器的髙性能、低电压微处理器。包括以下儿个部件：1•一个8位CPU；2•—个片内振荡器及时钟电