超声波测距技术方案.ppt

超声波测距机械学院张涛114101000147 目录 绪论 一、超声波测距原理 二、超声波测距原理框图 三、超声波测距系统的硬件结构设计 四、超声波测距系统软件的设计 绪论 选题的目的及其意义 超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。 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。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单。 目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。 一、超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。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。 二、超声波测距原理框图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。 三、超声波测距系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。 3.1单片机系统 3.1.1单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 3.1.2单片机的特点 较高的性能价格比。目前国内市场上，一些单片机的芯片价格只有十几元人民币，加上少量的外围器件，就可以构成功能丰富的各种钾能仪器仪表及控制装置。 集成度高，体积小，可靠性好。单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。 控制功能强。单片机指令系统、硬件资源丰富，能充分满足工业控制的各种要求。 低电压，低功耗，便于生产便捷式产品。 开发周期短、易于产品化。可根据需要构成各种规模的应用系统。 3.2超声波发射电路 超声波发射电路原理图如下图所示。发射电路主要由9012和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经9012送到超声波换能器的一个电极，9012在这里起到开关作用。 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、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。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。采用51或MSP430单片机作为控制器。 3.3 超声波检测接收电路 3.4发射与接收模块图片 控制模块的实物图片 四、超声波测距系统软件的设计 超声波测距的软件设计主要由主程序、定时中断服务子程序及外部中断服务子程序组成。 程序流程图 * *