1、 本 科 毕 业 设 计本 科 毕 业 设 计 ( (论 文论 文 ) ) 开题报告（含论文综述）开题报告（含论文综述） 学学 院：院： 机械与控制工程学院 所属教研室：所属教研室： 自动化教研室 课 题 名 称课 题 名 称 ： 超声波测距系统 专业专业( (方向方向) )： 班级：班级： 学号：学号：30 学学 生：生： 指 导 教 师指 导 教 师 ： 职称：职称： 开 题 日 期开 题 日 期 ： 2013 年 3 月 11 日 一、毕业设计（论文）选一、毕业设计（论文）选题的目的和意义题的目的和意义。 课题名称； 有关的研究方向 的历史、现状和发展情况分析； 前人在本选题研究领域中的
2、工作成果简述 课题名称：课题名称：超声波测距系统的设计 在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测 量等需要自动进行非接触测距。而超声波是指频率大于 20 kHz 的在弹性介质中产生 的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常 被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环 境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。发 展方向：由于超声波指向性强，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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实 现。利用超声波检测
3、往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且 在测量精度方面能达到工业实用的要求， 因此在移动机器人研制上也得到了广泛 的应用。 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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 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
4、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，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了1。 超声波测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时 开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器 收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 340m/s，根据计时 器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这 就是
5、所谓的时间差测距法。 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知， 测量声波在发 射后遇到障碍物反射回来的时间， 根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍 物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=CT 式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离 传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然 目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直 接接触的优点，是作
6、为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到 毫米级的测量精度， 但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的 测量精度。 前人通过分析超声波测距误差产生的原因， 提高测量时间差到微秒级， 以及用 LM92 温度传感器进行声波传播速度的补偿后，设计的高精度超声波测距 仪能达到毫米级的测量精度。 超声波测距误差分析如下： 根据超声波测距公式 L=CT，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差 和测量距离传播的时间误差引起的。 时间误差 当要求测距误差小于 1mm 时，假设已知超声波速度 C=344m/s (20室温)， 忽略声速的传播误差。测距误差 st(0.001/344) 0.000002907s 即 2.907s。 在超声波的传播速度是准确的前提下， 测量距离的传播时间差值精度只要在 达到微秒级，就能保
