超声波测距系统设计方案.pdf

超声波测距系统设计方案 超声波测距系统作为一种经典的非接触式测量技术， 包含了电子， 材料，物理等学 科的知识理论， 其应用领域也十分的广泛。 超声波作为声波的一种， 有着和声波同样的 性质：它的产生来源于振动，另外，在不同物体中的传的速度也是不一样的。超声波测 距传感器在粉尘多，光线暗或有其他电磁干扰的情况下，性能几乎不受影响，所以，现 代社会中，许多地方都可以用到。例如：建筑施工测量，智能机器人，汽车倒车雷达， 油箱液位测量等。 1．1 系统设计背景 在过去许多科学家的研究基础之上， 我们已经知道用许多种不同的方法来测距， 不 再局限于传统的简单的接触式测量器具， 我们今天的电子技术正以飞一般的速度向前推 动着大量非接触式测距仪的发展。 近几十年以来， 关于非接触式测量系统的研究包含以 下几类：激光，微波，红外线及超声波。这其中，激光的测量精度较高，但其有个很大 的缺点，就是极易受到周围环境的影响， 而且激光测距系统后期的检测和维护成本较高， 所以会产生较高的费用， 很难推广到日常生活和工作中去， 一般用于高端专业领域， 如 军事类。 而对于微波雷达测距来说， 电路部分的制作成本就非常之高， 也只用于专业领 域，如军事和工业类。 红外线测距虽然造价便宜， 但其不能达到高精度， 且方向性不好。 8 另外，红外线传播速度为 3×10 米/ 秒，速度之快，相较于超声波在普通情况下的速度 来说，红外线是超声波的八十多万倍。因此，利用超声波测距能大大增加时间（同样的 距离下），使得测量更容易，误差更小。 超声波测距系统的优势在于： (1) 可以用于空气中，液面下和固体等传播介质中测量，应用灵活； (2) 不易受光影响，在黑暗及烟雾环境下都可使用，不易受电磁场影响，使人可以 远离这些恶劣工作环境； (3) 制作起来不复杂，该成品预计价格不贵，而且体积不大，还非常容易集成； 由于超声波测距系统具有以上这些特点而被广泛的应用。 随着现代电子技术的发展， 超声波测距技术在汽车制作， 国防安全，工业制造及日常生活中都随处可见。 目前的系 统主要采用单片机微核心， 结合温度补偿电路等模块组成， 由于计时的精确度和电路的 影响，现有超声波的测量区间大致在 0.2 米到 20 米之，误差为毫米级，存在几十厘米 的盲区。综上，超声波测距系统应用广泛，为了满足未来技术参数的精度需求，我们需 要在高精度方向做出深入研究，解决这个技术难题以面对更加高的市场需求 , 因此这项 技术的研究将有重大的意义。 1．2 国外研究现状 首先，从国外来看， 最先的研究记录是 18 世纪 70 年代的科学家高尔顿所做的气哨 实验，这是我们人们有史以来的第一次通过实验产生的高频声波，后来的 30 年，超声 波的概念仍旧很少有人知道， 再加上那时的技术方面的达不到要求， 对超声波的研究产 生了难以逾越的鸿沟。 直到第一次世界大战爆发， 期间关于超声波的研究渐渐地被人们 所看重。一个叫做朗之万的德国科学家用了晶体传感器对超声波进行发射和接收， 这项 研究是在水下进行的， 且只能接频率相对较低的超声波。 这项研究可以用来进行水下通 讯，另外，也可用于检测水下物体，如水下潜艇，用于军事领域。 而后，超声波的应用领域的研究也在逐渐扩大，到了 1928 年， Sokolve 首先提出 了关于超