超声波测距器的设计

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1、湖南农业大学东方科技学院单片机原理及应用课程设计超声波测距器的设计THEDESIGNOFULTRASONICRANGEFINDER学生姓名：骆石友学号：0年级专业及班级：2008级机制（04）班湖南·长沙提交日期：2011年07月超声波测距器的设计学生：骆石友指导老师：李旭(东方科技学院08级机制四班，学号：0)1．前言1.1超声波测距器的当前发展情况超声波测距器，可以应用于汽车倒车、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。应用范围十分的广泛。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

2、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，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。2.方案论证2.1提出方案由于超声波的指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测的距离，设计比较方便，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。根据设计要求提出如下方案。方案一：选用AT89C51单片机作为主控制器，，用动态扫描法实

3、现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。 超声波测距器系统设计框图方案二：选用用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。 超声波测距器系统设计框图2.2方案选择2.2.1AT89C51与AT89S51的区别1.引脚功能:管脚几乎相同,变化的有,在AT89S51中P1.5,P1.6,P1.7具有第二功能,即这3个引脚的第二功能组成了串行ISP编程的接口。     2.编程功能：AT89C51仅支持并行编程，而AT89S51不但支持并行编程还支持ISP再线编程。在编程电压方面,AT89C51的编程电压除正常工作的5V

4、外,另Vpp需要12V,而AT89S51仅仅需要4-5V即可。      3.烧写次数更高:AT89S51标称烧写次数是1000次,实为1000-10000次,这样更有利开始学习者反复烧写,降低学习成本。      4.工作频率更高:AT89C51极限工作频率是24MHZ,而AT89S51最高工作频率是33MHZ,(AT89S51芯片有两中型号,支持最高工作频率分别为24MHZ和33MHZ)从而具有更快的计算速度。      5.电源范围更宽:AT89S51工作电压范围,达4-5.5V,而AT89C51在底于4.8V和高于5.3V的时侯则无法正常工作。      6.抗干扰性更强:AT8

5、9S51内部集成看门狗计时器(WatchdogTimer),而AT89C51需外接看门狗计时器电路,或者用单片机内部定时器构成软件看门狗来实现软件抗干扰。2.2.2方案确定根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器。3.超声波测距的原理3.1超声波的介绍3.1.1什么是超声波超声波是指频率高于20KHz的机械波。3.1.2超声波的特点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3.1.3超声波的应用在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程

6、学、生物学等领域。1、工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等2、生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等3、诊断学方面的应用：A型、B型、M型、D型、双功及彩超等4、治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等3.2超声波测距器的原理　　3.2.1超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目

7、前较为常用的是压电式超声波发生器。 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。3.2.2压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将