【基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)（論文）8400字】

第一章緒論引言1.1研究的目的與意義最開始的測(cè)量距離是從目測(cè)到丈量再到如今的使用儀器，無(wú)一不說(shuō)明我們對(duì)于精確性的的精益求精，而在測(cè)量中所產(chǎn)生的誤差，稍有不慎就差之毫厘，謬之千里，對(duì)于造橋、建大壩等浩大工程來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是千里之堤，潰之蟻穴，而在環(huán)境惡劣中測(cè)量，由于人工測(cè)量是絕對(duì)無(wú)法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，所以人類對(duì)于儀器測(cè)距的精確度需求越來(lái)越大。無(wú)論是在深海探測(cè)，還是對(duì)龐大山體挖隧道，基于超聲波的特性，能在各種惡劣環(huán)境中測(cè)出距離，況且超聲波的光速相對(duì)于光速要小很多，又易于定向發(fā)射，發(fā)射強(qiáng)度也比較好控制，所以對(duì)于這種非接觸式測(cè)距方法需求也越來(lái)越大。所以，如果研發(fā)出一款高精度的超聲波測(cè)距儀將會(huì)給人們帶來(lái)莫大的助益，尤其是在工業(yè)成本上，因?yàn)槲覈?guó)目前的高精度測(cè)距儀很大部分依賴于國(guó)外的供給，一味的依賴于進(jìn)口設(shè)備，無(wú)疑把自己的弱點(diǎn)交到敵人手里，處處受制與人，所以掌握這門技術(shù)勢(shì)在必行，功在當(dāng)代，利在千秋。當(dāng)下設(shè)計(jì)出一款高精度、穩(wěn)定性強(qiáng)、價(jià)格低廉的超聲波測(cè)距儀，無(wú)論是市場(chǎng)還是實(shí)用性上前景都是一片光明。我相信在今后，超聲波測(cè)距儀與智能化的融合必將大行其道，同時(shí)隨著研究技術(shù)的推進(jìn)，它將不再僅僅桎梏于測(cè)距，通過(guò)創(chuàng)新，它將能成為多功能測(cè)距儀，適用范圍也許會(huì)走入我們的千家萬(wàn)戶，例如當(dāng)下的倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)初見崢嶸，超聲波測(cè)距儀的應(yīng)用與人們衣食住行相隨的一天一定不遙遠(yuǎn)。當(dāng)前，超聲波的應(yīng)用越來(lái)越廣，但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，待開發(fā)區(qū)域空前龐大，因此，這是一個(gè)需求量巨大而又有發(fā)展前景的技術(shù)，應(yīng)抓緊獲得第一波技術(shù)紅利。在現(xiàn)實(shí)生活中，或者在某些特殊的場(chǎng)合，我們傳統(tǒng)的測(cè)量距離的方法往往會(huì)因?yàn)橐恍┎豢煽沽σ蛩?，例如?dāng)我們?cè)谝后w中做距離測(cè)量、在深海進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果用傳統(tǒng)的方法，例如電極法，誤差就會(huì)相當(dāng)大，由于電極需要長(zhǎng)期浸泡于水中或其它液體中的原因，所以金屬極其容易被腐蝕或是電解，而導(dǎo)致靈敏度的下降。而如果我們采用超聲波來(lái)測(cè)量距離的話，就可以解決這一系列的難題。基于使得這一系列難題的有效解決，我設(shè)計(jì)出一個(gè)采用AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀。1.2超聲波測(cè)距儀應(yīng)用范圍超聲波能在固、液、氣等介質(zhì)中進(jìn)行廣泛的傳播， 并且隨著傳感器和單片機(jī)等控制技術(shù)的蓬勃發(fā)展，非接觸式檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。在當(dāng)下常見的非接觸式測(cè)距方法有多種，一般基于超聲波、雷達(dá)或者激光等，而超聲波測(cè)距是最適用于直接測(cè)量近距離的物體，因而在適用范圍上廣而采用，且它受外界光、煙霧的干擾因素影響最小，因所以在一系列方法中脫穎而出。人類在一戰(zhàn)時(shí)期才學(xué)會(huì)使用超聲波的技術(shù)，而我們首先將其運(yùn)用在聲納上，用它去探測(cè)水中的目標(biāo)及其狀態(tài)，如今超聲波測(cè)距廣泛應(yīng)用于深海、移動(dòng)機(jī)器人定位、避障等領(lǐng)域，可見應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛。近年我國(guó)研發(fā)人員對(duì)超聲波回波信號(hào)處理和超聲波發(fā)射脈沖方面進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，尤其是在常見影響因素上采取各種措施，如溫度補(bǔ)償、調(diào)整發(fā)射拖尾波覆蓋信號(hào)的寬度的措施，最大限度降低誤差。隨著2020結(jié)束全面脫貧，今年是我國(guó)正式進(jìn)入小康社會(huì)元年，汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展離不開人們生活水平質(zhì)量的穩(wěn)步提高。目前，我國(guó)的汽車數(shù)正呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，與之伴隨而來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越多，其中因?yàn)槠嚨囊暰€盲區(qū)問(wèn)題，無(wú)論是在倒車，還是在行駛的過(guò)程中，都顯得十分重要！尤其是大型運(yùn)貨汽車，因?yàn)橐暰€盲區(qū)造成的交通事故數(shù)不勝數(shù)。而在擁擠、狹窄的地方停車，即便是“老司機(jī)”也會(huì)出現(xiàn)失手的現(xiàn)象，因此，為了生命安全，以及降低財(cái)產(chǎn)損失方面，增加汽車的后視功能，倒車?yán)走_(dá)的研究一直是熱門領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波測(cè)距儀作為種新型的工具在各方面都有極大的施展空間,它將朝著高定位、高精度的方向前進(jìn)，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，比如聲納的發(fā)展前景將為:研制具有高定位、高精度的測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要，這將會(huì)對(duì)軍事大有裨益。1.3論文的結(jié)構(gòu)安排課題以ATC89C51單片機(jī)為首要內(nèi)容，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀，本文章的首要結(jié)構(gòu)安排：第一章：首先對(duì)論文的背景、目的及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行介紹第二章：研究超聲波測(cè)距的工作原理是什么第三章：對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行介紹，并得出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第四章：從系統(tǒng)程序起步，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行研究設(shè)計(jì)第五章：對(duì)會(huì)造成電路的誤差進(jìn)行分析第六章：最后對(duì)論文進(jìn)行結(jié)束語(yǔ)和致謝。2超聲波測(cè)距工作原理2.1超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距的工作原理:發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收回波，超聲波測(cè)距原理如圖2.1所示。圖2.1超聲波測(cè)距原理圖本設(shè)計(jì)的理念采用了高精度的溫度傳感器DS18B20，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償與測(cè)量，即通過(guò)公式對(duì)超聲波速進(jìn)行校正，因?yàn)橐霚囟葌鞲衅鱀S18B20,使超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度有了很大的提高。我們采用時(shí)差法測(cè)距方法，測(cè)距原理如圖2.2所示。將超聲波傳感器發(fā)射端朝向被測(cè)對(duì)象進(jìn)行發(fā)射，因?yàn)槌暡ㄊ峭ㄟ^(guò)空氣為媒介進(jìn)行傳播，遇到障礙物后它能自動(dòng)反射回到超聲波傳感器的接收端，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差就能計(jì)算出超聲波的傳播距離。計(jì)算公式如下:2L=(t2-t1）v（1）S=√L-h2(2)由式(1)和（2)得S=√（t2-t1/2）2v2-h2（3）其中，1為超聲波發(fā)射時(shí)刻，L為被測(cè)對(duì)象到傳感器接收端到發(fā)射端的距離，S為被測(cè)對(duì)象到傳感器中心的距離，h為傳感器發(fā)射端和接收端到傳感器的中心距離，v為超聲波傳播速度。由式(3)可知，被測(cè)物體與傳感器的直線距離S與L、v有關(guān)，h為固定值，因此可以通過(guò)提高v、L的測(cè)量精度，來(lái)提高S的精度。2.2超聲波傳感特性超聲波屬于聲波范圍,溫度與波速c能對(duì)其產(chǎn)生影響,我們測(cè)量得出超聲波的溫度與波速的關(guān)系，數(shù)據(jù)如下圖表1所示。表2.1聲速與溫度關(guān)系表超聲波在空氣中傳播時(shí)的傳播速度v與環(huán)境溫度有著莫大關(guān)系，所以我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了溫度采集電路，利用DS18B20溫度傳感器就能直接獲得現(xiàn)場(chǎng)溫度T。在工業(yè)測(cè)量中，通常用式(4)進(jìn)行計(jì)算。c=331.6+0.6107×T(4)在相同的傳播介質(zhì)中，超聲波的傳播速率相同，因此，同一頻率范圍內(nèi)聲速不會(huì)被頻率影響，但如果頻率越高,超聲波的衰減也會(huì)依次遞增,傳播的距離就會(huì)愈來(lái)愈短。所以我們考慮到在實(shí)際工程中的測(cè)量要求,在設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀時(shí),選用了頻率為f=40kHz的超聲波,波長(zhǎng)3為0.85cm。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)ATC89C51芯片與DS18B20溫度傳感器介紹ATC89C51單片機(jī)是一款使用STC89C51RC單片機(jī)處理芯片的系統(tǒng)，一般的AT系列單片機(jī)都是ATTML公司使用IntelMCS-51單片機(jī)技術(shù)研制的前沿品種。該單片機(jī)在其芯片上有4K的E2ROM，編程/擦除在通盤電氣（5伏和12伏模式）中實(shí)現(xiàn),也在線編程和遠(yuǎn)程編程中進(jìn)行操作。它具有擦掉速度、運(yùn)用時(shí)間長(zhǎng)等特性。由于本設(shè)計(jì)的功能操作便捷，即使采用AT89C52也不會(huì)影響使用，但是AT89C51可以在設(shè)計(jì)中的所用通盤功能都能進(jìn)行使用，而我們的實(shí)驗(yàn)涉及不到這么多的功能，所以，我們可以選擇采用功能相對(duì)較少，但對(duì)于我們實(shí)驗(yàn)性價(jià)比更高的AT89C51，AT89C51材料十分便宜，在網(wǎng)上、線下商店上的購(gòu)買途徑都可以獲得。AT89C51共有4組引腳端口和8個(gè)其他功能引腳，4組：P0P1P2P3端口每個(gè)端口有8個(gè)引腳比方：P0.0-P0.7XTAL1XTAL2GNDVCCVPPALEPSENRST其中每個(gè)端口可能對(duì)應(yīng)著各異的功能，例如：P3.2/INT0（外部終止0）P3.3/INT1（外部終止1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）單片機(jī)引腳圖如下圖所示：圖3.1AT89C51單片機(jī)引腳圖DS18B20digital式溫度傳感器對(duì)于新手來(lái)說(shuō)十分友好，它操作簡(jiǎn)捷易上手且準(zhǔn)確度高，本身具有抗外界干擾能力強(qiáng)、體積小、成本低，且運(yùn)行狀態(tài)十分穩(wěn)定的digital式溫度傳感器，不用再另外經(jīng)過(guò)議定去模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換digital信號(hào)的Microprocessor，因此高性價(jià)比與實(shí)操性就遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)其它的溫度傳感器。DS18B20digital式溫度傳感器是使用的是Integratedchip和單總線技術(shù)，這樣不僅減小外部環(huán)境對(duì)溫度傳感器造成的紊亂，也能增加測(cè)量的精確度，同時(shí)，對(duì)于直接將被測(cè)得溫度直接轉(zhuǎn)化為digital信號(hào)也更加容易，無(wú)需像以前那般繁瑣，再經(jīng)過(guò)一道模數(shù)轉(zhuǎn)化器的操作，這樣可以使得數(shù)據(jù)的傳輸和操作更便捷，接口也清晰更易上手，大幅度的降低了工作的中的誤差。表3.1DS18B20的引腳說(shuō)明3.2超聲波電路發(fā)射設(shè)計(jì)超聲波的發(fā)射板塊是由超聲波發(fā)射探頭構(gòu)成的,單片機(jī)的P0.O端口可以發(fā)射40kHz的信號(hào),使用9012三極管作為驅(qū)動(dòng)放大,驅(qū)動(dòng)壓電晶片超聲波換能器可以產(chǎn)生超聲波,超聲波發(fā)射電路如圖3.2所示。超聲波發(fā)射子程序的步驟：起初發(fā)射時(shí)需要裝入填計(jì)時(shí)器,在超聲波發(fā)射完成的同時(shí)也要使得定時(shí)器停止,記得重新裝填，以方便下次發(fā)射。圖3.2發(fā)射電路設(shè)計(jì)3.3超聲波接收電路設(shè)計(jì)在接收電路中我們選用的是CX20106A紅外線接收處理芯片，因?yàn)樗褂玫男盘?hào)是與40kHz的超聲波信號(hào)最接近,并且抗外界擾亂能力很強(qiáng)。我們可以用外圍電阻去調(diào)試其中心處理頻率,用來(lái)變換接收電路的靈敏度和抗干擾，也可以變化外圍電路電容大小。此系統(tǒng)的超聲波接收板塊由超聲波接收探頭和CX20106A組成，如圖3.3所示。超聲波接收子程序的步驟：首先是使用INTO中斷檢測(cè)回波信號(hào),若有回波信號(hào)就中止外部中斷,與此同時(shí)可以關(guān)閉計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí),使得測(cè)距成功標(biāo)志位標(biāo)為為1(表示測(cè)距成功),并開始計(jì)算時(shí)間值,通過(guò)算出的待測(cè)距離,保存最后結(jié)果后再開啟外部中斷,等侯下回測(cè)量。圖3.3接收電路3.4溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)DS18B20digital式溫度傳感器采用的是Integratedchip和單總線技術(shù)，這樣大幅度的減小外界環(huán)境對(duì)溫度傳感器的擾亂，而且也增強(qiáng)了測(cè)量的精確度，且不擾亂直接把被測(cè)得溫度轉(zhuǎn)化成digital信號(hào)，不用再向我們以前一樣再經(jīng)過(guò)一道模數(shù)轉(zhuǎn)化器，如此運(yùn)作使得數(shù)據(jù)的傳輸和處理過(guò)程加大程度的簡(jiǎn)化，接口也更精簡(jiǎn)。（1）電壓范圍大，外部提供的電壓區(qū)間：3.0-6V，可以采用USB接口進(jìn)行充電。（2）由于DS18B20溫度傳感器能支持許多的中組建網(wǎng)測(cè)量功能，因此，一個(gè)DS18B20就能夠由多條迥異的線路相連，對(duì)物體的溫度測(cè)量實(shí)施操作。（3）DS18B20作為一體化產(chǎn)品，本身是無(wú)需任何外部的原件再組裝，它的一切功能原件、傳感器原件，或者轉(zhuǎn)換電路原件都匯聚于一塊電路板上，例如三極管等。（4）溫度范圍-55～+125。（5）9-12位能采用網(wǎng)絡(luò)編程的分辨率，其所對(duì)應(yīng)分辨的temperature為1/2、0.5/2、0.5/4、0.5/8，能進(jìn)行精度高的溫度操作。最高9位溫度分辨率可在90ms內(nèi)換為為digital，最高12位分辨率可在760ms內(nèi)轉(zhuǎn)換為digital。DS18B20適配的是“一線總線”接口,測(cè)量溫度范圍為-55~125℃,在-10~85℃范圍內(nèi),精度為±0.5℃。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，使用此種方式進(jìn)行傳輸?shù)脑?就可以大幅度提高該系統(tǒng)的抗干擾性。溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)如圖3.4,數(shù)據(jù)輸入/輸出腳連到單片機(jī)的PO.1腳,電源接口接入的是+5V的電壓,外加5.6kQ的上拉電阻,由于DS18B20是單總線溫度傳感器,如果它沒(méi)接上電源,就得強(qiáng)行為它拉線進(jìn)行供電;如果DS18B20有電源,則得保障一個(gè)上拉就能穩(wěn)定運(yùn)行的工作。溫度傳感器DS18B20在使用中無(wú)需外圍元件,檢測(cè)出的溫度值在內(nèi)部就能轉(zhuǎn)換,就像一個(gè)三極管得集成電路，結(jié)果用數(shù)字信號(hào)傳傳輸出來(lái)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)其輸出的信號(hào)的識(shí)別,用軟件來(lái)處理溫度數(shù)字值。圖3.4溫度補(bǔ)償電路3.5電源電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)電源電路選取的是普通12V電源供電，為了得到合適電壓,需要在操作上用穩(wěn)壓器來(lái)穩(wěn)壓，采取的是LM7805來(lái)得到穩(wěn)定的+5V直流電壓電源，其中的電路圖如圖3.5所示。圖3.5電源電路圖輸入電壓由LM7805的穩(wěn)壓輸出+5V的電壓，圖中的IN4007是為了穩(wěn)固LM7805避免電源極性接反損壞LM7805，濾波電容使用的是100uF電解和104瓷片電容并聯(lián)操作。3.6超聲波顯示電路設(shè)計(jì)LED兩類，分別是七段、八段、共陰、共陽(yáng)的區(qū)別。LED數(shù)碼管的構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，性價(jià)比和操作性都是上乘之選。下圖3.6出示八段LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)與原理圖。圖3.6a是八段共陰數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖,圖3.6b是它的原理圖，圖3.6c為八段共陽(yáng)LED顯示管原理圖。八段LED顯示管通過(guò)八只發(fā)光的二極管構(gòu)成，編號(hào)為a、b、c、d、e、f、g和SP，各自與同名管腳相連接。七段LED顯示管與八段LED相比，只少了一只發(fā)光二極管SP,剩下的都與八段LED相同。圖3.6八段LED數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu)4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理是，由超聲波發(fā)生器T在某時(shí)發(fā)射出超聲波信號(hào)，當(dāng)遇到被測(cè)物體時(shí)超聲波就會(huì)被立刻反彈回去時(shí)，此時(shí)超聲波接收器R會(huì)接收到超聲波。這樣只需要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到達(dá)接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就能得出超聲波發(fā)生器到達(dá)反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路時(shí)著手啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器To，使用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間與收到反射波的時(shí)間。超聲波反射波收到信號(hào)時(shí)，接收電路輸出端就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)負(fù)跳變，在INTO或INT1端就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部終止請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，識(shí)別時(shí)間差，計(jì)算出距離。4.2超聲波接收中斷程序設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生子程序的用途就是經(jīng)過(guò)P1.0端口發(fā)射兩個(gè)左右的超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12us左右，并且把計(jì)數(shù)器TO開啟來(lái)計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序使用外中斷О檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦收到返回得超聲波信號(hào)(即INTO引腳出現(xiàn)低電平），馬上開啟超聲波接收中斷程序，之后迅速關(guān)閉計(jì)時(shí)器T1，結(jié)束計(jì)時(shí)，并將測(cè)距完成得標(biāo)志字寫上1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器超過(guò)時(shí)仍然檢測(cè)不出超聲波d額返回信號(hào)，則定時(shí)器T1溢出中斷將外中斷О關(guān)閉，并將測(cè)距成功得標(biāo)志字標(biāo)記為0，用來(lái)表示本次實(shí)驗(yàn)失敗。單片機(jī)在TO時(shí)分發(fā)射出方波，同時(shí)開始定時(shí)器的計(jì)時(shí)，當(dāng)接收回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器結(jié)束計(jì)數(shù)，通過(guò)算出時(shí)間差，即獲得超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，便可測(cè)出該距離。4.3主程序起初就要主程序就需要對(duì)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行初始化，定時(shí)器TO工作模式設(shè)置為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器模式，并對(duì)顯示端口PO與P2清零;接下來(lái)調(diào)用超聲波發(fā)生子程序發(fā)射一個(gè)超聲波脈沖。為了防止超聲波從發(fā)射器徑直傳入接收器引起的直射波，需要延時(shí)大約0.1ms后再打開外中斷О接收返回的超聲波信號(hào)。由于使用的是12MHz的晶振，每計(jì)一個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器就顯示lus,所以，再主程序檢測(cè)到收到成功的標(biāo)志位后,將計(jì)數(shù)器TO中的數(shù)(即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按公式計(jì)算，就能算出被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離。設(shè)計(jì)時(shí)選用20℃時(shí)的聲速為344m/s，則有d=(vXt)/2=(172T/10000)cm其中:T為計(jì)數(shù)器，TO的計(jì)數(shù)值程序流程圖如圖4.1，(a)是主程序的流程圖，(b)是定時(shí)中斷子程序的流程圖，(c)是外部中斷子程序的流程圖。圖4.1程序流程圖用單片機(jī)編程得到40kHz方波，可用延時(shí)程序與循環(huán)語(yǔ)句進(jìn)行使用。首先定義一個(gè)延時(shí)函數(shù)，然后采用語(yǔ)句循環(huán)，且一邊循環(huán)一次一邊改變方波輸出口的電平高低，從而得到方波。5系統(tǒng)誤差分析5.1超聲波傳播波速不穩(wěn)定超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與周圍環(huán)境溫度、壓力等有關(guān)系，隨著它們的變化而變化而溫度的影響尤為突出。在常溫下，超聲波的傳播速度為340mls，當(dāng)溫度每升高1℃，聲速的增長(zhǎng)約為0.6mls，所以，我們常用采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，也就是在?shù)據(jù)處理中通過(guò)對(duì)超聲波傳播速度而進(jìn)行的實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。5.2盲區(qū)在發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波換能器在驅(qū)動(dòng)脈沖終止后,通常因?yàn)閼T性而繼續(xù)振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生余振。在余振期間，因?yàn)椴荒芊直婊夭ㄐ盘?hào)和余振信號(hào)，所以一定得在余振終止或衰減到一定程度得時(shí)候，才可以繼續(xù)收到傳感器接受信號(hào)。因?yàn)闊o(wú)法檢測(cè)超聲波傳播在這期間的距離，就會(huì)產(chǎn)生盲區(qū)。而為了最大程度上降低盲區(qū)引起的誤差，即以最快速度使得余振衰減到0或者足夠小，我們可以通過(guò)利用智能裝置，使其自動(dòng)根據(jù)距離來(lái)調(diào)整發(fā)射拖尾波覆蓋信號(hào)的寬度，進(jìn)一步消除拖尾波的擾亂。在對(duì)系統(tǒng)測(cè)速時(shí)，以防發(fā)射端的脈沖串對(duì)鄰近的接收端進(jìn)行的串?dāng)_，接收端一定要在信號(hào)發(fā)送完畢后，才開始接收。此外，超聲波換能器的晶振通常有其慣性，也就是說(shuō)在外加脈沖電場(chǎng)結(jié)束之后，其晶振不可以馬上停住，而是有一個(gè)緩沖過(guò)程。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，發(fā)射端在脈沖電場(chǎng)終止后還是能出現(xiàn)若干累加在回波信號(hào)上的余振信號(hào)，造成在接收電路識(shí)別不到實(shí)際回波信號(hào)，紊亂系統(tǒng)對(duì)第１個(gè)回波信號(hào)的精確捕獲。因此，回波信號(hào)的獲取必須在余振徹底消失后才能開始。由于以上理由，換能器的晶振特點(diǎn)扼住了超聲波傳感器的測(cè)量范圍，所以出現(xiàn)測(cè)量盲區(qū)。即使在今天可通過(guò)縮小脈沖寬度來(lái)減少盲區(qū)的產(chǎn)生，但是，同時(shí)也局限了測(cè)量距離的范圍，怎樣穩(wěn)定二者關(guān)系在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中是我們必須要衡量的問(wèn)題。5.3環(huán)境對(duì)測(cè)試的影響超聲波測(cè)距傳感器易出現(xiàn)錯(cuò)，其中最可能出錯(cuò)的就是超聲波測(cè)距傳感器是一種聲波發(fā)射，擁有聲波扇形發(fā)射特性，如果在聲波涉及穿過(guò)多個(gè)障礙物的情況下，反射回來(lái)的聲波就會(huì)很雜，也就使得出錯(cuò)率攀升。一般在室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器,我們采取涂膠密封的傳感器,而在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下，需要使用的傳感器,就要進(jìn)行抽真空充氮的傳感器；在腐蝕性較高的環(huán)境下,就要在表面過(guò)噴塑或不銹鋼外罩,且抗腐蝕性能好的傳感器；在易燃、易爆環(huán)境下工作環(huán)境下，對(duì)傳感器的要求就更大，一定的采取防爆傳感器,因?yàn)樵搨鞲衅鞯拿芊馔庹衷诳剂棵荛]性的同時(shí)，也要對(duì)防爆強(qiáng)度進(jìn)行考慮。5.4聲速引起的誤差聲波會(huì)被媒質(zhì)中傳播的質(zhì)點(diǎn)的位置、壓強(qiáng)和密度的干擾，在流體中的聲波俗稱壓縮波或壓強(qiáng)波,聲波的傳播和媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗以及形狀大小(產(chǎn)生折射、反射、衍射等)有關(guān)，而就一般流體媒質(zhì),聲波就是一種縱波,它傳播速度為：c=sqrt(E/p)(1)（1）式中E為媒質(zhì)的彈性模量，為復(fù)數(shù)；p為媒質(zhì)的密度,其虛數(shù)部分代表?yè)p耗；c也是復(fù)數(shù),其實(shí)數(shù)部分表示傳播速度,虛數(shù)部分和衰減常數(shù)(每單位距離強(qiáng)度或幅度的衰減)有關(guān)，測(cè)量c能得到媒質(zhì)中的損耗。已知聲速c,測(cè)量發(fā)射波與反射波的時(shí)間隔t，通過(guò)聲波的反射原理，可得到發(fā)射點(diǎn)與反射點(diǎn)的距離S為：s=ct/2(2)本實(shí)驗(yàn)中，超聲波測(cè)距系統(tǒng)的誤差不大于2cm，即誤差不大于1%。測(cè)量結(jié)果如表5.1。。表5.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖結(jié)束語(yǔ)由于不可抗力因素，本次設(shè)計(jì)未能有實(shí)物，但是可以通過(guò)一個(gè)理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，并實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而通過(guò)超聲波方法測(cè)量物體間的距離，以數(shù)字的形式得出測(cè)距。實(shí)用的測(cè)距手段有兩個(gè)，其一是在被測(cè)距離的兩個(gè)端點(diǎn)，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式;其二是根據(jù)發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，該方法可用于測(cè)距儀。本次設(shè)計(jì)使用的是反射波，對(duì)于電路連接的每一步操作都不能馬虎