超声波倒车雷达 毕业答辩知识讲稿

第2章 超声波测距原理及构想

2.1 超声波传感器介绍
超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超 声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。 目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。 电声型主要有：1 压电传感器；2 磁致伸缩传感器；3 静电 传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。 由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是 多种多样的，并且名称也有不同，传感器的主要组成部分 是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动， 即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶片时， 晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压 电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。 超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。
第1章 绪论
1.1 背景 随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，汽车的数量 在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发 生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情 况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞报 警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距 方法，应用于汽车的前后左右防撞的近距离，低速状况， 以及在汽车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波， 同样具有声波传输的基本物理特性——折射，反射，干涉， 衍射，散射。汽车防撞报警器将单片机的实时控制及数据 处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，可 检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离及汽车车速，通 过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发 出警告声。
二、指向特性
实际的超声波传感器中的压电晶片是一 个小圆片，可以把表面上每个点看成一 个振荡源，辐射出一个半球面波（子 波），这些子波没有指向性。但离开超 声传感器的空间某一点的声压是这些子 波迭加的结果（衍射），却有指向性。
2.2超声波测距的原理
超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于应用要求限 定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。超声波测距原理是 通过超声波发射传感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 收到反射波就停止计时。常温下超声波在空气中的传播速度为 C=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=C*t/2=C*t0 （2-1） 其中，t0就是所谓的渡越时间。 可以看出主要部分有： (1) 供应电能的脉冲发生器（发射电路）； (2) 转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器； (3) 接收反射声能（回波）和转换声能为电信号的接收传感器； (4) 接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录 设备； (5) 记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发 射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。

压电式超声波传感器结构如图2.1所示：
图2.1压电式超声波传感器结构图
图 2.2是超声波发射传感器的频率特性曲线。其中，f0＝40KHz 为超声 发射传感器的中心频率，在 f0处，超声发射传感器所产生的超声机械波最 强，也就是说在 f0处所产生的超声声压能级最高。而在 f0两侧，声压能级 迅速衰减。因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率 f0的交 流电压来激励。 另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲 线在 f0处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在 f0处接收灵敏度最高。 因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声波接收传感器的 频率特性曲线和输出端外接电阻R 也有很大关系，如果 R 很大，频率特性 是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。如果 R 较小，频率特 性变得光滑而具有较宽得带宽，同时灵敏度也随之降低。并且最大灵敏度 向稍低的频率移动。因此，超声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器 配合使用，才能有较高得接收灵敏度。
超声波倒车雷达 毕业答辩知 识讲稿
超声波倒车雷达设计
教学单位： 工程技术系 专 业： 电子技术信息工程 学 号： 0811100149 姓 名： 张佳易 指导老师： 周争光 2012年04月
摘

要

论文介绍了一种基于单片机的超声波汽车防撞测距报 警系统，此系统利用AT89S52单片机作为主控制器，结合 超声波测距原理，来实现智能汽车防撞测距报警功能，并 进行了系统硬件和软件的设计。通过多种发射接收电路设 计方案比较，得出了最佳的设计方案，并对系统各个单元 的原理进行了介绍。对组成的各系统电路的芯片进行了介 绍，并阐述了它们的工作原理。此系统具有结构简单，精 度高，使用方便等特点。介绍了系统软件结构，通过编程 来实现系统功能。 关键词：单片机 超声波 测距
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第一章绪论部分主要介绍了超声波的发展状况，以及目前 的现状和前景。 第二章超声波测距原理及构想主要介绍了超声波传感器， 超声波测距的原理及超声测距系统的总体方案，系统主要 参数。 第三章超声波测距系统各组成单元方案设计(包括发射接 收电路设计、显示电路设计、报警电路设计、时钟电路设 计、复位电路设计等)。并详细介绍了最终确定的各单元 设计方案以及最终方案的设计原理及具体实现。 第四章系统硬件软件实现部分主要介绍了软件的实现。 第五章给出系统的误差分析和系统改进。
在超声波测量系统中，频率取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得 太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用 40KHz 的超 声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合室内测量 的方式。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗 干扰性能。 距离测量系统常用的频率范围为 25KHz～300KHz 的脉冲压力波，发射 和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。发射电路一般由 振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串， 并由传感器转换成声能发射出去；接收放大器用于放大回声信号以便记录， 同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足 够的频带宽度；置避开强大记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射 的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。