基于51单片机的超声波测距仪设计【文献综述】.doc

1、 1 毕业论文文献综述 电子信息工程 基于 51单片机的超声波测距仪设计 摘要： 随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求。例如在井深、液位、管道长度测量等场合。传统的测距方法根本无法完成测量任务。还有在很多要求实时测距的情况下。传统的测距方法也不能很好地完成测量任务。于是一种新的测距方法 超声波测距应运而生。超声测距是一种非接触式的检测方式，它不受光线、被测对象颜色等影响。超声波传感器结构简单、体积小、信号处理可靠，所以检测比较迅速、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。本文将介绍超声波、超声波测距的工作原理及应用。 关键词： 超声波

2、 ;测距 一 、 超声波及超声波传感器的简介 超声波的简介科学家们将每秒钟 震动 的次数称为声音的 频率 ，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为 20 20000赫兹 。当 声波 的振动频率大于 20000赫兹或小 于 20赫兹时，我们便听不见了。因此， 超声波是指频率超过 20kHz的不为人耳所听见的声波 1。 在文献【 2】中，作者介绍了 超声波 的 特 点 ： （ 1） 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 (2)超声波能在各种不同媒质 中传播，且可传播足够远的距离。 (3)超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息。在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗

3、学、工程学、生物学等领域。 （一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等 。 （二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等 。 （三）诊断学方面的应用： A 型、 B 型、 M 型、 D 型、双功及彩超等 。 （四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等 。 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶 片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂

4、质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面 3。 超声波 传感器由发送传感器 ( 或称波发送器 ) 、接收传感器 ( 或称波接收器 ) 、控制部分与电源部分组成。 超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的 应用之一，以医2 学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在 医学 上的应用主要是诊断 疾病 ，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。 在文献【 4】中，作者介绍了 超声波 诊断 的 优点 ：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的 准确率 高等。在工业方面，超声波的典型应用是对

5、金属的无损探伤和超声波测厚两种。 在文献【 5】中，由于 过去，许多 技术 因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍， 作者提出了 超声波传感技术 ， 超声波传感技术 改变了这种状况。 当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上， “悄无声息 ”地探测人们所需要的信号。在 未来的应用中，超声波将与 信息技术 、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。 二 、 超声波测距的工作原理 超声波是一种只有少数生物 (如蝙蝠、海豚 )才能感觉的机械波，其频率在 20kHZ 以上，波长短，绕射小、能定向传播。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 6。声音的

6、传播速度与介质的种类、温度有关，一般说来，介质的密度越高传播的速度越大；温度越高传播的速度越大。超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于共振法的应用要求复杂，在这里使用脉冲反射式 7。超声波 测距的原理可简单描述为：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。从而测出发射和接收回波的时间差 t。然后求出距离 S=Ct 2。式中的C 为超声波波速。由于超声波声速跟温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。如图

7、3-18： 表 3-1 声速 c与温度的关系 温度 ( ) -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速 (米 /秒 ) 313 319 325 333 338 344 349 386 在文献【 9】中，因为超声波是利用接收发射波来进行距离的计算，不可避免的存在发射与反射之间的夹角，所以作者根据图（ 3.1）提出距离 s 的计算方法。设其大小为 2。 当 很小时，可直接按式 S=Ct 2 进行计算得到距离修正。当 较大时，则必须进行距离修正，修正公式为 S= Ct2*cos。 3 图 3.1 测距原理图 三 、 超声波测距的应用 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距

8、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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求 。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用 10。 下面就用倒车雷达来做详细的讲述。 倒车雷达是超声波测距的一个重要的应用。近年来随着汽车产业的迅速发展和人们生活 水平的不断提高。我国的汽车数量

9、正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，由于存在视觉盲区，无法看清车后的障碍物，很容易损伤汽车，甚至发生事故。因此，增加汽车的后视能力研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点 11。 倒车雷达全称叫 “倒车防撞雷达 ”，也叫 “泊车辅助装置 ”，是汽车 泊车 或者 倒车 时的安全辅助装置，由 超声波 传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或 蜂蜜器 ）等部分组成。能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍 物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角

10、和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性 。 倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。探头装在后保险杠上，根据不同价格和品牌，探头有二、三、四、六只不等，分别管前后左右。探头以 45 度角辐射，上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物，并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的小孩等 。 挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，测距范围达 1 5 米左右，故在停车时，对司 机很实用。倒车雷达的显示器装在后视镜上，它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，让司机停车。 4 倒车雷达用于测距上，在某一时刻发出

11、超声波信号，在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达接收到，得用在超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离 12。 随着科学技术的快速发展，超声波测距仪的应用将会越来越广，这是一个蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。未来的超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方 向发展，死角问题也能得到解决 13。 参考文献 1 张永林 ,杜先锋 .超声波及其在粮食食品工业中的应用 J.西部粮油科技 ,1999,24(2): 14 15. 2 陈辉 ,强颖怀 ,葛长路 .超声波空化及其应用 J.新技术新工艺 ,2005,(7)

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