1、“..... 超声波的波型 纵波是质点振动方向和传播方向致的波在固体液体和气体中传播 如图所示。 图纵波图横波 图表面波 横波是质点的振动方向垂直于传播方向的波它只能在固体中传播如图 所示。四川师范大学成都学院本科毕业设计 表面波是质点的振动方式介于纵波和横波之间沿着固体表面传播的波 其振幅大小随着传播深度的增加而迅速衰减。表面波只能沿着固体表面传播其 质点运动轨迹为椭圆形且椭圆的长轴垂直于传播方向而短轴平行于传播方向 如图所示。 超声波的特性 超声波在介质传播过程中会发生衰减和散射。由于受介质和介质中杂 质的阻碍或吸收其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波测距仪 对所接受的声波强度都有定要求所以都要对各种衰减进行抑制。 超声波声束能集中在特定的方向上可在气体液体固体等介质中有 效传播具有良好的指向性......”。

2、“.....这是所有超声仪表进行测量的基础。 超声波在异种介质的界面上会产生反射叠加等现象。尤其是不能通过 气体固体界面。利用超声波在异质界面上发生的反射特性获得从异质界面反射 回来的反射波通过仪器内部的电路处理从而达到探测距离的目的。 二超声波测距的设计方案论证 测量距离的方法有很多种短距离的可以用尺远距离的有激光测距等。但 传统距离测量方式在些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如液面测量就是 种距离测量传统的电极法是采用差位分布电极通过给电或脉冲来检测液面高 度电极长期浸泡在水里或其他液体中极易被腐蚀电解失去灵敏性。 超声测距是种非接触式的检测方式。与其它方法相比它不受光线被测 对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗有灰尘电磁干扰有毒等恶劣的环境 下有定的适应能力是作为间接测量距离的理想手段......”。

3、“.....特别是应用于空气测距由于空气中波速较慢其回 波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来具有很高的分辨力因 而其准确度也较其它方法为高而且超声波传感器具有结构简单体积小信号 处理可靠等特点。因此得到了广泛的应用。 三设计背景及工作原理 传统的利用固定电平判断回波到达时刻的超声波测距方法存在较大误差。针 对这种误差提出的可变阈值的超声波测距方法由于干扰信号的存在超声波测四川师范大学成都学院本科毕业设计 距主芯片会产生误判回波时刻的到来从而导致测量数据不准确。 超声波传感器通过压电晶片的逆效应电致伸缩在空气介质中产生超声 波。测距所用超声波般都是以间断的高压单脉冲发射每测距次需要发射 接收次......”。

4、“..... 图超声波测量距离原理示意图 超声波测量距离的原理可用上图示意简单描述为超声波发射器定期发 送超声波超声波经接收器接收并转化为电信号测量声波在遇到障碍物反射回 来的时间根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。 测距的公式表示为 为被测量的距离长度 为超声波在空气中的传播速度 为测量距离传播的时间差为发射到接收之间时间数值的半。 这样只要测出发射和接受之间的时间差即可求出距离。 二系统总体设计要求及方案确定 超声波测距仪的分析运用 超声波测距在实际运用中提高距离还比较困难。限制该系统的最大可测距离 主要存在个因素超声波的幅度反射的质地反射和入射声波之间的夹角以 及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可 测距离。 由于超声波属于声波范围其波速与温度有关测量出这 用时为......”。

5、“.....设样 距在摆放时为测量样距用时为 得出测量样距用时为。在计算速度时得出在该环境下的超 声波传播速度 此时的速度误差为 同理当样距为时得出在该环境下的超声波传播速度为 其速度误差为 由此可见样距的摆放准确对测量得出的超声波传播速度有很大的影响。 就被测量距离为我们来看下它的误差有多大。设此时的超声波传播速 度为标准用时为 得出的用时为四川师范大学成都学院本科毕业设计 当样距为时即时。测量得出的距 离误差 当样距为时即时。测量得出的距 离误差 方案二温度补偿法简介 我们知道超声波的传播速度受环境的影响特别是环境温度对超声波传播 速度的影响最大。如在摄氏度时其传播速度为在摄氏度时其传 播速度为在摄氏度时其传播速度为。 由于超声波传播速度与环境温度有以下关系  式中为摄氏温度为在该温度下的超声波传播速度单位为......”。

6、“.....这就是温度 补偿法。 可行性分析 根据式子在中建温度速度表温度速 度表精确到小数点后位由温度传感器输出的温度去查表便找到了在该温度 下的超声波传播速度再由便可以得出被测量距离。 设环境温度为摄氏度此时超声波传播速度为 测量的距离用时 取 设温度传感器给出的温度为摄氏度得出超声波传播速度为 速度误差为 测量产生的距离误差为 四川师范大学成都学院本科毕业设计 设温度传感器给出的温度为摄氏度得出超声波传播速度为 速度误差为测量产生的距离误差为 综上所述采用方案标准样距测量法操作不便测量误差大可行性差 不满足设计要求。采用方案二温度补偿法测量出的距离精度高使用方便。由此 选择方案二实为测距的理想方案 四超声波传感器的选择 以超声波作为检测手段必须产生超生波和接收超声波......”。

7、“.....超声波传感器有 发送器和接收器但个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超 声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化。 方案采用型传感器此传感器参数如下 表型传感器参数 零件号码 中心频率 择向性 敏感最小 操作温度 方案二采用型传感器此传感器的方向图和参数如下 表型传感器参数 零件号码 中心频率 择向性 敏感最小 操作温度 综上所述从上面的表中的数据我们可以看出的敏感性更好更容 易接收信号再加上为通用型传感器在购买方面也比较容易价四川师范大学成都学院本科毕业设计 格也相对较便宜。由此方案二为本设计的最佳方案。 五异步串行通信协议和接口规范 串行通信是指把个数据字逐位顺序分时进行的传输方式。其突出优点是需 要数量很少的传输线特别适合远距离传输。对于单片机而言串行通信的另 个重要优点就是需要占用的引脚资源较少......”。

8、“.....其异步通信能力主要用于与其他计算机系统或单片机 系统进行远程通信而同步通信能力主要用于本单片机电路系统之内的片外器件 串行扩展。本设计是利用了的模块的双向异步串行通信方式与计算机 系统进行远程通信的。 异步通信方式 在线路上异步传送的数据是以字符为单位来传送的即面向字符。其特点 是数据在线路上的传送各个字符可以是断续的也可以是连续的这完全由发 送方根据需要来控制。另外在异步传送时起同步作用的时钟脉冲并不传送 到接收方即收发双方各自使用自己的时钟源来控制发送的速率和接受的检测 采样时刻。为了克服数据传输时双方时钟的不致性以及时钟偏差的积累 而引起数据接受的异步传送过程中采用了两项技术是通信双方在通信 速率每个字符的总长度上必须要做预先的约定二是接受方需要采用字符再 同步技术即每接受个字符都要进行次起始位的识别和定位......”。

9、“..... 由于字符的发送是随机进行的因此对于接受方来说就是个判断何时有 字符送来何时是个新的字符开始的问题。所以在异步通信过程中 必须预先规定种双方认可的信息格式即每个字符的信息格式由四个部分组成 起始位数据位串奇偶校验位和停止位。这样组信息就被称为个数据帧或 简称帧。帧信息的传送有起始位开始停止位结束。 起始位是个逻辑占用位的时间用来通知收信方个新的字 符的到来。线路上在不传送期间线路电平应该直保持为逻辑。接收方不断检 测线路上的状态如果连续检测到逻辑之后又检测到逻辑就断定开始发来 个新的字符立刻准备接收数据。字符的起始位还被用来同步接收方的时钟 以保障后面的接收能够按照正确的节奏和正确的检测时刻进行。大学成都学院本科毕业设计 精密超声波测距仪的设计与实现 学生指导教师 内容摘要本文详细介绍了基于单片机的具有温度补偿的高精度超 声波测距仪的硬件及软件设计......”。