传感器 超声波测距仪

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1、超声波测距仪一设计的背景及意义随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。在科

2、学研究和工程试验中，经常会遇到非接触测量距离的问题。目前，主要有两大类非接触测量距离的方法:一种是激光测距，一种是超声波测距。超声波技术在日常生活中有着广泛的应用。例如，探伤技术、清洗技术、测距技术等等。超声波测距技术主要应用于汽车倒车雷达、建筑工地以及一些工业现场的位置监控、井深的测量等等。由于高精度的超声波测距仪所采用的专业集成电路成本较高,我们以价格比较低廉的ATC89C51单片机为核心设计一款具有低成本、高精度、具有动态显示等优点的超声波测距系统。二总体设计方案要求设计一台超声波测距仪，具体要求如下：超声波测距仪的性能指标：（1）要求测量范围在0.4--2.5m，测量精

3、度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合；（2）显示测量距离。评估标准：（1）功能齐全；（2）性价比高：线路简单、造价低、精度高，具有自检、自校、量程可调节等功能；（3）可靠性高；（4）资料齐全。三总体设计方案2．1超声波测距仪的设计思路超声波的性质：1、超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。2、超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。3、超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗）超声波

4、是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。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。超声波传感器可以分为两大两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械式包括加尔统笛、液哨、气流旋笛型等。他们所超生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前比较常用的是压电式超声波传感器。超声波传感

5、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。压电式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，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。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

6、机使用12.0MHZ晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波测距仪主要由单片机系统、显示电路和超声波发射电路及超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89C52来实现对超声波发射和接受处理模块的控制。单片机内部计数器所计的数据就是超声波发射并返回所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离，并将结果显示在LED显示屏上。超声波测距仪的原理框图如下:2．2超声波测距原理压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产

7、生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。图2-2超声波换能器内部结构图在电路中,发射端输出的脉冲是一系列方波,其宽度称为发射超声波的时间间隔,被测物距离越大,其脉冲宽度就越大,输出脉冲个数与被测物距离成正比。。计时寄存器对P1.0口的高、低电平分别进行10us的延时,实现从P1.0口输出周期为20us的方波信号。当单片机控制超声波发生器向某一方向发射超声波波束,在发射