换能器，常要求避免产生强烈的超声效应，着重于些描述媒质超声波特性的物理量如声速衰减声阻抗等的测定。根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件，应用单片机技术对超声波在空气中的传播时间进行测量，从而设计了套超声波检测系统。根据仪器设计时超声波传感器的选择计数频率的确定及盲区对测量的影响，提高测量准确度的途径，重点利用软件修正误差的方法，使仪器达到了设计指标，满足了工业测量的实际需要。关键词超声波测距单片机，摘要绪论超声波测距原理及特性超声波测距应用超声波发射头研究超声波的波形及其转换和波速超声波的反射和折射声波的衰减总体方案论证设计方案论证系统方案单片机及超声波测距原理单片机的简介单片机的主要特点单片机的系统结构单片机简介超声波传感器测距原理模块软件程序温度补偿子程序超声波发送子程序超声波速度计算子程序外部信号接受子程序主程序误差分析超声波回波的声强的影响超声波波束入射角的影响结论致谢参考文献附录河北工程大学毕业说明书绪论根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件，应用单片机技术对超声波在空气中的传播时间进行测量，从而设计了套超声波检测系统。对系统硬件组成检测原理方法以及系统软件结构作了详细介绍，对产生测量误差的原因进行了分析，并提出了解决的途径和方法。超声波测距原理及特性振动在弹性媒质内的传播称为波。频率在之间的机械波能为人耳所闻，称为声波低于的机械波称为次声波高于的机械波称为超声波。超声波在液体固体中的衰减很少，渗透能力强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十米的厚度。当超声波从种介质射到另种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在介质界面上会产生反射折射和波形转换等现象。超声波在介质中传播时与介质作用会产生机械效应空化效应和热效应等等。超声波的这些特性使其在检测技术中获得广泛应用，如超声波无损探伤厚度测量流速流量测量超声波显微镜及超生成相等。超声波测距应用超声波流量计测量水的流速，这是因为超声波是种机械波，依靠介质才能传播，其传播方向受介质运动影响，因此，水可以改变传播方向。进而可以做出超声波流量计，可应以自来水工业用水农业用水等进行测量。还适用于下水道农业灌渠河流等流速的测量。超声波测距仪用以测量液位井深管道长度建筑测量厚度测量等。报警器盲人探路器防盗报警等定位系统用以探测超声波发射源位置，在生活中有重要意义，如人说话呼吸的时候不光产生声波，同样也会产生部分超声波，呼出的气体分子与空气分子碰撞就产生超声波。气管漏气，轮胎漏气，阀门泄漏阀门气蚀齿轮运行电晕放电等都会产生超声波。通过接收器看以看出哪里有漏洞。河北工程大学毕业说明书超声波发射头研究保持不随变化，测量数据如下频率单位，输出电压为峰峰值，单位表随变化表图超声波发送原理从图中可以得出结论超声波发射的串联谐振频率有两个，个是，个是其对应的阻抗分别为和超声波的波形及其转换和波速由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波在介质中传播时有三种主要波形。纵波，质点的振动方向与波的传播方向致，它能在固体液体和气体介质中传播。横波，质点振动方向垂直于波的传播方向，它只能在固体介质中传播。表面波，质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减表面波质点振动的轨迹是椭圆形，质点位移的长轴垂直于传播方向，质点位移的短轴平行于传播方向表面波只能在固体表面传播。当纵波以角度入射到第二介质固体的界面上时，除有纵波的反射折射外，还会有横波的反射和折射，如图所示。在定条件下还能产生表面波。各种波形都符合波的反射定律和折射定律。河北工程大学毕业说明书图入射纵波反射纵波折射纵波反射横波折射横波超声波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质的密度，即声速弹性率密度。由于气体和液体的剪切弹性模量为零，所以超声波在气体和液体中没有横波，只能传播纵波。其波速为式中，介质的体积弹性模量，它是体积绝热的压缩性的倒数介质的密度。在固体介质中，纵波横波表面波三者的声速分别为纵横表面横式中，固体介质的杨氏模量固体介质的泊松比固体介质的剪切弹性模量介质密度。对于固体介质，介于之间，因此般可认为纵横。超声波的反射和折射当超声波从种介质传播到另种介质时，在两介质的分界面上将发生反射和折射，如下图。超声波的反射和折射满足波的反射定律和折射定律，即河北工程大学毕业说明书图超声波的反射与折射声波的衰减超声波在种介质中传播的时候，随着距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为式中，声波在距离声源处的声压和声强声波在距离声源处的声压和声强衰减系数。超声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声波的扩散散射和吸收。在理想介质中，声波的衰减仅来之于声波的扩散，就是随着声波传播距离的增加，在单位面积波面内声能量将会减弱。散射衰减是声波在固体介质中颗粒界面上的散射，或在流体介质中有悬浮粒子时使超声波散射。而声波的吸收是由于介质的导热性黏滞性及弹性滞后造成的。介质吸收声能并转化为热能。吸收随声波频率升高而增加。吸收系数因介质材料性质而异，但晶粒越粗，声波频率越高，则衰减愈大。最大探测厚度往往收衰减系数限制。所以，工件的厚度球墨铸铁的球化程度泥浆的浓度等量都可以利用这种原理进行测量。经常以或为单位来表示衰减系数。在般探测频率上材料的衰减系数在到几百之间。若衰减系数为，声波穿透时，则衰减，即衰减声波穿透，则衰减，即衰减。河北工程大学毕业说明书总体方案论证本章从系统方案等些方面来进行论证。本设计主要是进行距离的测量和报警，设计中涉及到的内容较多，主要是将单片机控制模块超声波测距模块蜂鸣器报警模块位数码管显示模块这几个模块结合起来。而本设计的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，之后选择合适单片机芯片，以下就是从相关方面来论述的。设计方案论证激光测距传感器激光传感器利用激光的方向性强和传光性好的特点，它工作时先由激光传感器对准障碍物发射激光脉冲，经障碍物反射后向各个方向散射，部分散射光返回到接受传感器，能接受其微弱的光信号，从而记录并处理光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离，即用往返时间的半乘以光速就能得到距离。其优点是测量的距离远速度快测量精确度高量程范围大，缺点是对人体存在安全问题，而且制作的难度大成本也比较高。红外线测距传感器红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同，根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量的。其优点是成本低廉，使用安全，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近。超声波传感器超声波是种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。超声波具有振动频率高波长短绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。在中长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从安全性，成本方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。根据对以上三种传感器性能的比较，虽然能明显看出来激光传感器是比较理想的选河北工程大学毕业说明书择，但是它的价格却比较高，而且安全度不够高。而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头。系统方案此方案选择单片机作为控制核心，所测得的距离数值由位共阳极数码管显示，与障碍物之间的不同距离利用蜂鸣器频率的不同报警声提示，超声波发射信号由单片机的口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，超声波接收电路由芯片和超声波接收探头组成的电路构成，报警系统由蜂鸣器电路构成。本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。本设计的汽车防撞装置的系统框图如图所示。图汽车防撞装置的系统框图本设计由编程软件对单片机进行编程，单片机在执行程序后由端口产生的脉冲信号通过电路进行放大并送到到超声波发射探头，产生超声波。在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断定时器，利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间。当接收回射的超声波时，接收电路的输出端产生负跳变输出到单片机产生中断申请，执行外部中断子程序计算距离。结合各方面的因素考虑，依据设计的要求，查阅相关数据资料，选择了超声波测距传感器其中表示超声波发射探头，表示超声波接收探头，综合考虑设计的要求出于简便角度，选用了超声波集成模块。此超声波模块的最大探测距离为，精度可以达到，盲区为，而且发射扩散角不大于，更有利于测距的准确性。而且，此模块的工作频率范围为左右，完全能在工作频率工作。由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩超声波接受器检波电路单片机超声波发射器放大电路放大电路报警系统显示模块河北工程大学毕业说明书散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。根据对相关资料查阅，将两探头之间的距离定在最为合适。本设计所用的模块的超声波探头之间的距离大约在左右。河北工程大学毕业说明