1、 单片机系统课程设计报告 设计题目：实用导盲仪 专专 业业 测控技术与仪器测控技术与仪器 学学 号号 X Xxxxxxx 姓姓 名名 X Xxxxxxxxx 小组成员小组成员 X Xxxxxxx 指导老师指导老师 X Xxxxx 设计时间设计时间 20132013 年年 8 8 月月 2323 日日 总评成绩总评成绩 Xxxxxx 第 1 页 一、预期性能指标 设计一个以 51 单片机开发板为核心控制器的障碍物检测报警的导盲系统。 1超声波模块测量范围障碍要求为 0.105.00m； 2测量精度为 3cm； 3判断正前方或地面是否有障碍。 4根据障碍的距离远近以及类别报警。 二、工作原理 1、
2、 工作原理概述 1.1 超声波测距的原理 1.1.11.1.1 超声波的基本理论超声波的基本理论 随着科技的发展和社会的进步，人们对于检测未知世界，开发未知功能的需 求越来越迫切和明显，新一代科技产品对于人们的关切程度也日益增加。 其中，超声波检测技术就是为了满足这些需求而应运而生的一门技术手段。 超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用 的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备 安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。超声技术是通过超 声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、 投射等特性。
3、按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性 变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。 超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在 10 4 10 12 Hz，其中通常的 频率大约在 10 4 310 6 之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播 时，如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的 介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相 近，则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。于是超声波在传播过程中有如 下的特性和作用。 1.1.21.1.2 超声波的传播速度超声波的传播速度 超声波在介质中可以产
4、生三中形式的振荡波： 横波质点振动方向垂直于 传播方向的波；纵波质点振动方向与传播方向一致的波；表面波质点振 动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固 体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下 的物理量多采用纵波形式的超声波。 超声波的频率越高， 越与光波某些特性相似。 1.1.31.1.3 超声波的物理性质超声波的物理性质 当超声波传播到两种特性不同的介质的平面上时，一部分被反射；另一部分 透射过界面，在相邻的介质内部继续传播；这样的两种情况称之为超声波的反射 和折射，如图 2.1 所示。 第 2 页 图图 2.1 2.1 超声波的
5、反射和折射超声波的反射和折射 1.1.41.1.4 超声波对声场产生的作用超声波对声场产生的作用 (1) 机械作用 超声波传播过程中， 会引起介质质点交替的压缩与伸张， 构成了压力的变化， 这种压力的变化将引起机械效应。 超声波引起质点的运动， 虽然位移和速度不大， 但是与超声波振动的频率的平方成正比的质点的加速度却很大。 有时足以达到破 坏介质的程度。 (2) 空化作用 在流体动力学指出，存在于液体中的微气泡在声场的作用下振动，当声压达 到一定的值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，这 种膨胀、闭合、振动等一系列动力学过程称为空化。 (3) 热学作用 如果超声波作用于介
6、质时被介质所吸收，实际上也就是有能量吸收，同时， 由于超声波的振动，使介质产生强烈的高频振荡介质相互摩擦产生热热量，这种 能量使介质温度升高。 1.1.51.1.5 超声波传感器超声波传感器 超声波传感器主要有电致伸缩和磁致伸缩两类， 电致伸缩采用双压电陶瓷晶 片制成，具有可逆特性。 压电陶瓷片具有如下特性： 当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压 时，就会产生“压电效应” ，使压电陶瓷也产生机械变形，这种机械变形的大小 以及方向与外加电压的大小和方向成正。反之，如果由超声波机械振动作用于陶 瓷片使其发生微小的形变时， 那么压电晶片也会产生与振动频率相同的微弱的交 流信号。超声波传感器内部结构如图 2.2 所示，外部结构如图 2.3 所示。 图图 2.2 2.2 元件内部结构元件内部结构 图图 2.32.3 超声波外部结构超声波外部结构 1.1.61.1.6 超声波测距系统原理超声波测距系统原理 在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声 的时间间隔
