1、 单片机课程设计单片机课程设计 课题： 超声波测距 系 别： 电气与电子工程系 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 2011 年 12 月 28 日 成绩评定 一、指导教师评语一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合 评定） 。 二、评分二、评分 评分项目 设计报告评分 答辩评分 平时表现评分 合 计 （100 分） 任务完成 情 况 （20 分） 课程设计 报告质量 （40 分） 表达情况 （10 分） 回答问题 情 况 （10 分） 工作态度与纪 律 （10 分） 独立工作 能力 （10 分） 得分 课程设计成绩评定 班级班级 0934091 姓名姓名 赵赵
2、月月 学号学号 093409174 成绩：成绩： 分（折合等级分（折合等级 ） 指导教师签字 年 月 日 一、设计目的一、设计目的 由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色 等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等 恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广 泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业 用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品） 、 防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中 进行距离准确度在线标定， 可直接用于水、 酒、 糖、 饮料等液位控制， 可进行差值设定，直接显示
3、各种液位罐的液位、料位高度。因此，超 声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。 利用超声波检测往往 比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方 面能达到工业实用的指标要求。 由于超声波测距系统具有以上的这些 优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用 二、设计要求二、设计要求 1、设计一个超声波测距器，用于汽车倒车、建筑施工工地以及 一些工业现场的位置控制； 2、要求测量范围在 0.104.00 米，测量精度 1 厘米，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。 三、总体设计三、总体设计 3.1 超声波测距的基本原理超声波测距的基本原理 谐振频率高
4、于 20kHz 的声波被称为超声波。 超声波为直线传播方 式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种 性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电 能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器 在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当 换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。 3.1.13.1.1 超声波发生器超声波发生器 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
5、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。 3.1.2 3.1.2 压电式超声波发生器原理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 1 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
6、成为超声波接收器了。 图超声波换能器内部结构图 3.1.33.1.3 超声波测距原理超声波测距原理 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 最常用的超声测距的方法是回声探测法， 超声波发射器向某一方 向发射超声波， 在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中 传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反 射回的超声波就立即停止计时。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面 的距离 s，即：s=340t/2。 由于超声波也是一种声波，其声速 V 与温度有关。在使用时，如 果传播介质温度变化不大， 则可近似认为超声波速度在传播的过程中 是基本不变的。 如果对测距精度要求很
