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单片机课程设计
课题: 超声波测距
系 别: 电气与电子工程系
专 业: 电子信息工程
姓 名: 赵月
学 号: 093409174
河南城建学院
2011年12 月 28 日
成绩评定·
一、指导教师评语(根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定)。
二、评分
评分项目 设计报告评分 答辩评分 平时表现评分 合 计
(100分) 任务完成
情 况
(20分) 课程设计
报告质量
(40分) 表达情况
(10分) 回答问题
情 况
(10分) 工作态度与纪律
(10分) 独立工作
能力
(10分) 得分
课程设计成绩评定
一、设计目的
由于超声测距是一种非接触检测技术,不受光线、被测对象颜色等的影响,较其它仪器更卫生,更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境,具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品(酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品)、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定,可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制,可进行差值设定,直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此,超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求。由于超声波测距系统具有以上的这些优点,因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用
二、设计要求
1、设计一个超声波测距器,用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置控制;
2、要求测量范围在0.10~4.00米,测量精度1厘米,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。
三、总体设计
3.1 超声波测距的基本原理
谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。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。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器,或称为超声换能器,它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能,向外发送超声波;反之,当换能器处在接收状态时,它可将声能(机械能)转换为电能。
3.1.1 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。 压电式超声波发生器原理
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。
图超声波换能器内部结构图
超声波测距原理
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
超声波发射 障碍物
S
H
θ
超声波接收
图2 超声波的测距原理
(3-1)
(3-2)
式中:L---两探头之间中心距离的一半.
又知道超声波传播的距离为:
( 3-3)
式中:v—超声波在介质中的传播速度;
t—超声波从发射到接收所需要的时间.
将(3—2)、(3—3)代入(3-1)中得:
( 3-4)
其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L
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