1、 1 超声波测距系统的设计与实现 1 概 述 从技术上看，超声波测距系统在上个世纪70年代已经实用化，从70年代末期开 始广泛应用于生产领域。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，因此在工农业生产 上到了广泛的应用。 2 课题研究背景与意义 2.1 课题研究背景 超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。近年来，随着电子测 量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发
2、展，电子测量技术 应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是 指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹 性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被 介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量 中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活 之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液 位高度的测量等。 2.2 课题研究意义 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
3、、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，因此为了使移动机 器人能够自动躲避障碍物行走，就
4、必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的 位置信息 （距离和方向） 。 因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。 同时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。 超声波测距系统的设计与实现 2 3 方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于 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。 3.1.1 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、磁致伸缩型和电动型等；机械 方
