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《电子线路辅助设计课程论文》 ——超声波测距原理设计 学院：电气与信息学院 专业:电子信息工程 班级：电信0901 学号： 姓名： 指导教师： 摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控 制检测,日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作 为一个核心部件来使用， 单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。 它是一种集计 数和多中接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而 51 单片 机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。 本设计主要应用 AT89S51 作为控制核心，显示器，驱动电路等相结合的系统。充分 发挥了单片机的性能。其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，具有一定 的使用和参考价值。 关键词：超声波 原理图 PCB图 超声波测距原理及设计 1超声波测距及其原理 1.1超声波测距 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 1.2 超声波测距的原理 1.2.1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 1.2.2超声波测距原理 通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 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） 1.2.3超声波测距特点 　超声波指向性强，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，因此在移 动机器人的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，这时它就成为超声波接收器了。 1.3接收电路设计 超声波接收电路由两个低噪声运算放大器 LM833N 等组成两级反向放大电路，由两个高频二极管等组成整流电路，由运算放大器 LM358N 等组成比较 电路。 图中 Rx 为超声波接收传感器，电阻 R9(10k)是超声波接收传感器的负载电阻， 通过改变此电阻的阻值来改变超声波接收传 2.1超声波测距原理图 2.2 PCB图 顶层 底层 2.3 相应的生成的元件清单 3 超声波测距的应用 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。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，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。超声波测距系统采用最现代化的信号处理技术，高性能声波传感器的运用而获得了可靠而精确的测量效果。在模拟信号输出、开关信号