超声波测距范文

超声波测距篇1

（江苏省靖江中等专业学校，江苏 靖江 214500）

【摘　要】超声波测距技术在社会生活中己有广泛的应用，超声波测距传感器在车辆避障与安全预警系统、车辆自动导航和现场机器人等专题中具有广阔的应用前景。本文根据超声波特征及测距原理，完成了一款以单片机为核心的基于时差测距原理的一种超声波测距系统的软硬件设计。

关键词 超声波；距离测量；单片机

0　引言

超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，此特点可使测量仪器不受被测介质的影响[1-2]。这就大大解决了在粉尘多情况下，给人类引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触点接触不良造成的误测情况。且对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量消耗，节省人力和劳动的强度。无论从精度还是从可靠性方面，超声波测距做得都比较好[3-4]。利用超声波检测即迅速，方便，计算简单，又易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,具有广泛的发展前景。

这些年来，随着超声波技术研究的不断深入，超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海等工业领域。目前国内专用超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度[5-8]。

1　超声波测距原理

本硬件设计采用超声波往返时间检测法，其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离是声波传输距离的一半，即:

L=1/2vt（1）

在上式中，L为待测距离，v为超声波的声速，t为往返时间。由下式计算测量误差;

σL=vσt+tov（2）

式中，σL为测距误差，v为声速，σt为时间测量误差，σv为声速误差。

2　超声波测距系统的硬件设计

发射电压从理论上来说是越高越好，因为对同一只发射传感器而言，电压越高，发射的超声波功率就越大，这样能够在接受传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收电路的设计就相对简单一点。但是，每一只实际的发射传感器有其工作电压的极限值，会对传感器的内部电路造成不可恢复的伤害。

发射部分的点脉冲电压很高，但是由于障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度，最终达到对回波进行放大检测，产生一个单片机能够识别的中断信号作为回波到达的标志。

2.1　发射部分

（1）发射波形

发射部分用单片机产生40kHz的方波，然后加以驱动。波形经过放大后发生轻微变化后送至发射传感器发射出的信号，理论上是稳定变化的，为使传感器充分震荡，发射脉宽不可以过小，一般来说我们选择40kHz的方波信号，但是实际情况是我们可以得到频率为39kHz到40kHz之间的信号。

（2）发射电压

传感器发射电压大小主要取决于发射信号损失及接收器的灵敏度。在发射端电源处极其容易产生干扰，可以选择适当大小的电容进行滤波。设计的发射电路如图2所示。

2.2　接收部分

在传感器接收的信号中，除了障碍物反射的回波外，总混有杂波和干扰脉冲等环境噪声。环境噪声主要集中在低频段，远离回波信号频率。因此系统的总噪声系数主要有接收机的内部噪音决定，其功率谱宽度远大于接收机的通频带，而且内部会产生一个有用信号频率基本相同，只有辐值不同的信号，可以使用一些特殊的电路将其隔离。接收电路如图3所示。

2.3　检测单元

接收信号放大到2V左右时，就可以进行信号检测，信号检测的目的是确定接收信号的到达时间，这是整个电路一个关键的地方。因为它不仅决定系统的测量精度，还关系到整个系统是否能正常工作。

检测电路设计的要求是保证每次接收信号都能被准确的鉴别出来转换成数字脉冲去触发单片机的外中断引脚，通常采用某一固定电平或滑动门限电平作为比较电平，以零电作为比较电平是行不通的。这样一来，即使没有接收信号，也会造成比较器反复触发，从而无法判断那个信号是真正的接收信号。若采用某一高于一般噪声峰值的固定电平，这样就可以消除一般噪声的影响，而且比较电平固定，可以实现对电路信号的准确检测。

2.4　显示单元

显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要用到显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单的显示器可以使用LED发光二极管，给出一个简单的开关量信息。

2.5　声速校正

要想通过测量超声波传播时间确定距离，声速C必须恒定。实际上，声速随着介质、温度、压力等变化而变化。一般情况下，由于大气压力变化比较小，因此传播速度主要考虑温度的影响。通过温度修正，即根据声速与温度的关系计算出测量时实际环境中的声速，再根据测距公式得到距离。空气中声速C与温度T的关系在常温下可以用公式（3）表示。

C=（331.4＋0.60T）m/s（3）

2.6　干扰问题的解决方法

干扰主要是外界高频噪音及电源等对信号产生的干扰。由于这类干扰信号尤其是电源干扰信号和有用信号极其相似，因此不容易检测出回波信号。针对这样的干扰信号，可以通过选择合适的元器件，加之滤波电路就可以消除干扰。

3　超声波测距系统的软件设计

3.1　信号控制

在系统软件中，要完成接收控制信号、发射脉冲信号、峰值采集信号的时序及输出信号处理后的显示等。

3.2　数据存储

为了得到发射信号与接收回波间的时间差，要读出此刻计数器的数值，然后存储在RAM中，而且每次发射周期的开始，需要计数器清零，以备后续处理。

3.3　信号处理

用超声频脉冲激励超声波探头，使之向外界辐射超声波，并接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波)，通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的时间段t(称为射程时间)，然后按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离L，即

L＝1／2Ct（4）

式中，C为空气介质中声波的传播速度。

由式（4）可知，当传播介质的温度发生变化时，声的传播速度。也随之改变。因此，在超声波测距仪中均内置温度探头，用于实时检测声传播介质的温度，以补偿环境温度变化对测距精度的影响。为了改善超声波测距系统的性能，仅仅从系统的硬件入手是不够的，还必须研究与硬件系统相适应的测量信息处理方法。

在此超声波测距仪的设计中，RAM中存储的计数值不能作为距离值直接显示输出，因为计数值与实际的距离值之间的转换公式。

s=0.5×v×t=0.5×v×Tr×N（5）

其中，t为发射信号到接收信号之间经历的时间，Tr为方波信号作为计数脉冲时计数器的时间分辨率，N为计数器的值。

3.4　数据输出与显示

经软件处理得到距离传送的四位LED显示。

由于距离值的得到及显示是中断子程序中完成的，因此在初始化发射程序后进入中断响应的等待，在中断响应的之后，原始数据经计数值与距离值换算子程序，二进制与十进制转换后显示输出。

整个系统软件功能的实现可以分为主程序、子程序、中断服务程序几个主要部分。

3.5　超声波测距系统软件流程图

4　结论

基于时差测距原理设计了8051单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距系统，给出了原理框图和硬件各部分的实现，并进行了软件设计。在本设计方案中还存在着一些不足，例如环境温度的变化将影响超声波在媒质中的传播速度受温度影响造成的误差无法消除。

参考文献

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［4］赵海鸣,卜英勇,王纪婵.一种高精度超声波测距系统的研制[J].矿业研究与开发,2006(3):62-65.

超声波测距篇2

【关键词】超声波；单片机；测距

超声波具有能量消耗缓慢、指向性强、在介质中传播距离远等特性。由于各种介质对声波的传播都呈现一定的阻抗，当声波作用到两种介质的分界面时，如果这两种介质的声阻抗相差很大，就会从界面上反射回来，因而超声波经常用来测量距离[1]。超声波测距主要应用于井深、液位、管道长度、倒车雷达等场合。有的超声波测距仪采用专用集成电路来设计，但没有距离显示且成本高，使用也不方便。本文介绍的超声波测距仪以单片机AT89S52为核心的硬件电路和软件设计，具有高精度、低成本、数字显示、工作稳定、性能良好等优点的。

一、超声波测距仪原理与方案

超声波测距原理是通过测发射和接收超声波遇到障碍物反射回波的时间差t，再求出距离d。

若超声波发生器在t1时刻发出超过声波，经测物体后反射后，在t2时刻被超声波接收器所接收，则超声波发出信号到接收返回信号所用的时间t=t2-t1，故被测距离为：d=s/2=（ct）/2

式中，s为声波的来回路程，d为被测物与测距器的距离，c为声速。

本系统由分超声波发射模块、超声波接收模块、显示及信号处理模块组成。系统框图如图1所示。

二、系统硬件电路设计

1.超声波发射电路

考虑到成本问题，超声波信号的产生采用构成多谐振荡，电路结构如图2，振荡频率由图2中的RP电位器调节，由555多谐振荡电路产生约40kHz方波信号，再由超声换能器T40-16转换成超声波信号，并向外发射。由单片机AT89S52的P2.7输出控制电平至555时基集成电路的4脚实现超声波的发射的关闭，当P2.7为高电平时振荡器工作并输出40kHz的方波信号。

本电路供电电压为5V，工作电流可达40mA，超声波发射电路既经济又简单，所需元件很少，超声波信号的有效距离可达3m。

2.超声波接收电路

超声波接收器由超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路组成，如图3所示。考虑到超声波接收的效果，要求超声波探头的接收频率跟超声波发射器发射的频率一致，本设计采用跟发射端相同的R40-16作为接收探头。

经探头变换后微弱超声信号经C2耦合至由LM393构成同相比例放大电路对进行放大，为降低成本和适合于移动场合使用，本系统采用单电源供电，图中R6和R7组成分压电路，使同相端电位为1/2电源电压，实现单电源条件下交流信号的放大；R3、R1、C1构成负反馈网络，C1对接收的超声波信号可视为短路，但对直流信号和较低频率的信号可视为开路，故该放大电路对直流和低频率信号放大量小，几乎不放大，而对超声波信号的放大倍数大，对超声波信号的放大倍数为1+R3/R1，这样有利于抑制超声波接收探头感应的直流和低频干扰；放大电路输出端所接的电容C3可滤除超声波接收探头感应高频干扰。

经放大后的超声信号经74LS14施密特触发器对放大后的信号进行整形，同时也可以消除略高于超声信号频率的高频小信号干扰，得到跟发射的超声波频率相同的方波信号，再送到单片机中断输入口。

3.显示电路

本系统是基于单片机的控制模块。根据系统所需资源及其可伸缩规模的特点，本设计选用8位单片机AT89S52，该单片机具有8K字节的程序存储单元，可实现在系统编程，且易于调试。单片机硬件的连接主要包括按键、发射电路的控制端、接收电路的信号、显示电路以及温度信号等。LCD与单片机的显示接口电路如图4所示。

三、系统软件设计

本系统软件部分与硬件系统配合完成对超声波往返时间的测量，根据在一定温度下超声波的传播速度计算测量的距离，送数码管显示测量结果。为仪器的适应性强、软件系统的鲁棒性能好，编程语言用汇编。系统采用了去除最大、最小值后取平均的方法。为测量精度、速度，应适当选取测量次数。此仪器取4次测量。另外，在MCU计数器计数过程中遇到了数值溢出的问题。因为浮点数最大的优点就是数的表示范围大。但这就涉及定点数与浮点数的转换，对通用MCU来说运行代价太高：编程困难、占用更多机器时间。

整个软件可采用模块化设计，它由主程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。主程序采用键控循环方式，当按下控制键后，系统将在一定周期内依次执行各个模块，并对测量结果进行分析处理，然后根据处理结果决定显示程序的内容[5]。

主程序首先对系统环境初始化，置位总中断允许位EA、外部中断允许位EX1，以及定时器T0中断允许位；接着设置定时器T0和T1工作于定时方式1，调用发射子程序并延时0.1ms后，打开外部中断，等待回波；当主程序检测到接收信号正确后，即对计数器中的数据按公式进行计算，进而得出被测距离。

发射子程序先置P27口为高，同时打开计数器T0、T1进行计数。由于采用的是12MHz晶振，因此，每计一个数就是1μs；当T0计数溢出后，即维持P27端口一段时间的高电平后关闭T0，并置P27为低电平，使发射探头发射N个脉冲信号。当接收子程序检测到外部中断信号后，即关闭T1，并保存T1中的数据到t0后清零并打开T1，当第二个负脉冲进来（即又检测到外部中断信号）时关闭T1。并保存T1中的数据到t1后清零并打开T1，第三个负脉冲进来后关闭T1并保存T1中的数据到t2；若t1和t2之差的绝对值几乎相等，即认为t0为超声波返回时间。其系统主程序和接收超声波外部中断子程序的流程图如图5所示[6]。

四、结束语

利用AT89S52单片机可以简化设计应用于无接触式距离测量，如测深、测高。对于静态、准静态及慢动态被测物进行精确测量，数字显示结果。尽管采取了多种方法以减小测距误差，但仍存在各种主客观的偏差：对t的计数误差；传感器的反应速度；对回波信号处理需要时间；声速误差，当前条件下的实传播速度与程序中设置间的差别；数据处理中整数与小数的相乘等等。对误差影响因素最大的是温度的变化，可采用温度传感器补偿声速等，从而使测量更精确，系统设计简单、成本低、体积小、性能可靠等特点。该系统经实际测试证明，可以满足大多数场合的测距要求。

参考文献

[1]何健民.浅谈超声波传感器非接触式距离检测系统[J].黑龙江科技信息，2010（2）：27.

[2]滕志军.一种语音同步提示的倒车雷达的设计[J].电子科技，2007（6）：48.

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[4]鞠永胜.基于嵌入式系统汽车倒车雷达的设计与实现[J].山东大学学报，2010（2）：29.

[5]苏胜.基于超声波检测的倒车雷达设计[J].电子科技，2007（3）：59.

[6]李敏.传感器应用[J].山东大学学报，2012（3）：69.

[7]路锦正.超声波测距仪的设计[J].传感器技术，2002 （4）：57.

黄冈师范学院2011年实验教学示范中心大学生创新活动项目（ZX1106）。

作者简介：

何建新（1975—），男，湖北英山人，讲师，主要从事电子技术高职教育研究。

超声波测距篇3

关键词:防撞系统;超声波;测距;单片机

中图分类号:TP29 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)02-205-02

Ultrasonic Ranging Back-draft Anti-collision Alarm System Based on AT89C52

ZHANG Heng,LIU Yajie

(Wuhan University of Engineering,Wuhan,430073,China)

Abstract:Using single-chip AT89C52 as the master combined with the principle of ultrasonic distance measurement to realize the back-draft anti-collision alarm function.The integrated chips of CX20106A and DS18B20 are separately used in the detection receiving circuit and the temperature compensation circuit,the mutual disturbance between circuit is reduced.The maximum distance measurement error is less than 1 cm,and the range of the system is 10~300 cm.This system has simple structure,small size,easy-to-use features and so on.

Keywords:CAS;ultrasonic;distance measurement;single-chip microcomputer

0 引 言

随着国民经济的高速发展,我国汽车的拥有量在大幅增加,造成道路拥堵,交通事故频发,给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失。安全驾驶成为大家关注的焦点,其中汽车防撞系统(Collision Avoidance System,CAS)的设计和需求显得非常重要和迫切。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。

超声波作为一种频率超过20 kHz的机械波,其指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因此超声波测距法是最常见的一种距离测量方法。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,而且精度也较高[1]。本设计采用AT89C52单片机作为主控器,结合超声波测距原理,设计了汽车倒车防撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。

1 超声波的测距原理

本系统选用的是压电式超声波传感器。超声波测距原理有两种方式:共振式和脉冲反射式。因为共振式的应用要求复杂,在此使用脉冲反射式[2,3]。超声波测距原理如图1所示。

图1 超声波测距原理图

图1中被测距离为H,两探头中心距离的一半用M表示,超声波单程所走过的距离用L表示,由图中关系可得:

H=Lcos θ

(1)

θ=arctan(M/H)

(2)

将式(2)代入式(1)可得:

H=Lcos[arctan(M/H)]

(3)

在整个传播过程中,超声波所走过的距离为:

2L=vt

(4)

式中:v为超声波的传播速度;t为传播时间,即为超声波从发射到接收的时间。

将式(4)代入式(3)可得:

H=12vtcos[arctan(M/H)]

(5)

当被测距离H远远大于M时,cos[arctan(M/H)]1,в谑鞘(5)变为:

H=12vt

(6)

由此可见,要想测得距离H,只要测得超声波的传播时间t即可[4]。

2 系统的实现

根据设计要求并综合各个方面因素,可以采用AT89C52单片机作为主控制器,用动态扫描实现LCD数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成,其具体的系统框图如图2所示[5]。

图2 防撞报警系统设计框图

该系统主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路等部分组成。采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。其中超声波接收电路使用集成电路CX20106A,可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。显示器件采用的是LCD12864显示器,并选用D18B20温度传感器进行温度检测,实行温度补偿[6]。主控器AT89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8 KB的系统可编程FLASH存储器。与AT80C51引脚和指令完全兼容。拥有1个8位CPU,1个片内振荡器及时钟电路,3个16位定时/计数器,21个特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线,1个可编程全双工串行口,8个中断源[7,8]。

本设计的实物如图3所示。

3 系统的软件设计

系统软件部分包括主程序、中断子程序和其他子程序[9,10]。主程序流程图如图4所示,其中中断子程序的核心代码如下:

void TT() interrupt 2

{

uint temp;

TR0=0;

ET1=0;

flag=1;

temp=TH0*256+TL0;

if((temp>0)&&(temp

{

high_time=TH0;

low_time=TL0;

}

else

{

high_time=0;

low_time=0;

}

}

void beep()

{

unsigned char i;

for (i=0;i

{

delay(4);

BEEP=!BEEP; //BEEP取反

}

BEEP=1; //关闭蜂鸣器

delay(250);//延时

4 结 语

此倒车防撞报警系统,可以应用于汽车倒车等场合,提醒驾驶员在倒车时能有效地避开可能对倒车造成危害的障碍物和行人。本系统针对普遍存在的抗干扰性问题加强了软硬件处理措施。硬件方面例如把超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,提高了系统的抗干扰能力;软件方面系统结合使用DS18B20温度传感器实现温度补偿矫正,使系统可以正常工作在任何温度下,误差都不会超过指定范围。并用带字库功能的LCD12864液晶实时显示距离,当满足距离条件时,蜂鸣器蜂鸣工作提示驾驶员,具有较强的实用性,且硬件结构简单,体积小,使用方便。但该系统的测量距离有限,只有在10~300 cm距离内有效,需要进一步的改进和提高。

参考文献

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[4]石峰.高精度低成本车用超声波传感器的研制[J].传感器世界,2006(1):30-32.

[5]楼燃苗,李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

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[8]王安敏,张凯.基于AT89C52单片机的超声波测距系统[J].仪表技术与传感器,2006(6):45-46.

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[10]李光飞.单片机C程序设计实例指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

超声波测距篇4

关键词：MSP430 低功耗 测距

中图分类号：TP933 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00

1 引言

本文提出一种基于MSP430芯片的超声测距系统方案，在硬件上设计了高效率的供电电路，并选择低功耗器件组建系统，在软件上进行低功耗设计，使系统在不超过21mW的功耗下完成8米以上的距离测量，同时系统具有LCD显示、红外通讯、HART通讯、4～20mA输出等功能，可以直接应用在实际产品中。

2 总体方案介绍

该系统采用MSP430F5659芯片作为主控模块，对设备进行驱动。LCD显示部分采用了ST7565R控制器的FSTN液晶屏，该液晶屏的典型工作电流为0.15mA。参数输入采用红外遥控的方式，红外接收芯片采用IRM3638L芯片，典型工作电流为0.33mA。模拟量输出采用ADI公司的AD421进行设计，典型工作电流为0.65mA。HART通讯采用AMI Semiconductor公司的A5191HRT型HART调制解调器，典型工作电流为0.33mA。该系统设备总耗电电流为1.46mA，加上单片机正常工作时的功耗，该系统控制部分的功耗不高于9mW。超声波换能器的驱动电路部分采用限流1mA的方式给储能电容充电，驱动电压为12V，该部分的功耗为12mW。

3 系统硬件电路设计

3.1 系统主控芯片的选择

为了降低系统功耗，主控芯片本身必须拥有较低的功耗，同时要集成较多的模块资源以节省器件产生的功耗。TI公司的MSP430系列低功耗16位单片机被广泛应用在低功耗场合，性能稳定。其中MSP430F5659芯片片内集成了64KB SRAM，512KB FLASH，12位ADC模块，可以满足系统方案对资源的要求，并留有一定的升级空间。

3.2按键和LCD显示电路设计

LCD采用TOPWAY公司的LM6029ACW显示屏，驱动芯片为ST7565R，典型工作电流为0.15mA，LCD设置数据传输为并口传输，优点在于传输速度快，减少拖屏现象。

该系统采用独立式按键设计，通过四个拥有中断功能的IO口连接四个按键，完成了确定，取消，左移，右移的按键功能，实际应用中这种按键方式可以降低操作难度，能够让客户尽快熟悉产品的操作方法。

3.3 4～20mA输出和HART通信电路

该部分电路主要由两个芯片组成，一个为4～20mA输出控制芯片AD421，另一个为HART信号调制解调芯片A5191HRT，这两个芯片配合组成的应用电路可以将测得的物位信号转换为标准的工业4～20mA电流输出信号，并在电流信号上叠加HART通信信号。

3.4 其他电路设计

3.4.1 温度检测电路

在影响超声波测量的各种因素中，温度的影响最大。因此在超声测距系统的设计中，必须进行温度补偿。本设计采用的MSP430单片机片内集成了温度传感器，在精度要求不高或温度变化不频繁的场合可以直接采用单片机内部温度传感器对温度进行补偿。同时为了解决芯片自身发热以及系统温度和环境温度不同的影响，系统还预留了外置温度传感器的接口，可以和DS18B20温度传感器进行连接从而对环境温度进行检测。

3.4.2 红外通信电路

采用二线制供电的超声测距系统在进行产品设计时一般为一体式仪表，这种仪表防护等级高，对仪表进行操作时需要打开仪表的防护罩，为了减少操作时的麻烦，有必要设计红外通信电路通过红外遥控对系统进行操作和参数设计。本设计采用Everlight公司的IRM3638L芯片作为红外接收芯片，其典型工作电流为0.33mA，可以满足系统低功耗的要求。

3.4.3 参数存储电路

本系统采用ATMEL公司生产的串行EEPROM芯片AT24C16作为系统参数和部分数据的存储芯片。AT24C16采用8引脚封装，并且与AT24C64、AT24C512等大容量EEPROM芯片引脚兼容，在需要更大存储空间时可以方便的进行替换。

3.5 超声波驱动电路

本系统采用单片机PWM输出的方式产生41KHz的方波信号作为驱动电路的信号源，由于驱动换能器的脉冲信号峰峰值一般需要达到几百伏以上，因此采用脉冲变压器升压处理，为了使脉冲变压器得到足够的电流，需要在变压器的初级并联3300uF的储能电容。为了满足低功耗的要求，储能电容的充电电路采用恒流源的方式提供1mA的充电电流，经过实验证明，可以满足500mA的脉冲重复频率对充电时间和能量的要求。

4 实验数据及测试结果

测试内容：采用本系统的硬件电路设计完成两套样机，并对两套样机在实验室进行了距离测量验证。样机进行温度补偿并进行误差校正后得到了以下测试结果，如表1所示。

测试发现，两台样机的一致性较高，测量误差不超过量程的1%。盲区可以通过程序控制在0.3m以内，实际测量在8m时有效回波仍然可以达到500mV以上。

收稿日期：2016-03-02

超声波测距篇5

关键词 SPCE061A单片机;超声波测距模组;控制系统

中图分类号TP316文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)20-0126-02

0 引言

由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。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。目前,较为常用的是压电式超声波发生器,通常用于小距离检测、障碍物检测等。

1 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 。这就是所谓的时间差测距法。

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后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。由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。

测距的公式表示为:L=C×T

式中L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。

超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量,虽然目前的测距量程上能达到百米,但测量的精度往往只能达到厘米数量级。

2 系统硬件设计

2.1 SPCE061A芯片

SPCE061A是台湾凌阳公司开发语音专用芯片,将MCU, A/D, D/A, RAM,ROM集成在一块芯片上,同时具有较高16位*16位的乘法运算和内积运算功能,CPU最高时钟可达到49MHz。因此,在处理复杂的数字信号方面它可以和DSP相媲美,但其价格却要比专用的DSP芯片廉价。它具有较强的中断处理能力,系统支持10个中断向量及10余个中断源,适合实时语音处理,并具有双通道10位DAC方式的音频输出功能,配置带自动增益控制功能(AGC)的麦克风输入方式,为语音处理带来了极大便利。所以本系统选择SPCE061A作为系统的核心。

2.2 超声波测距模组

一般单模组应用时,只需要用10PIN排线把J8与SPCE061A的IOB低八位接口接起来,同时设置好J7、J1、J2跳线就完成硬件的连接了。不同测距模式的选择只需改变测距模式跳线J1的连接方法即可。

1)3种测距模式选择跳线J1(短距、中距、可调距):

(1)短距:10cm~80cm左右(根据被测物表面材料决定);

(2)中距:80cm~400cm左右(根据被测物表面材料决定);

(3)可调:范围由可调节参数确定。

2)单/多模组的两种使用方法(单传感器、阵列式传感器):

(1)单模组使用:单模组就可完成测距实验,一般只用来做测距/障碍物方面的应用;

(2)多模组配合使用:模组上提供接口J5、J6,可将几个模组串联起来,组成阵列式的传感器组。

2.3 硬件系统的总体方案设计

整个系统以SPCE061A 为核心,配合超声波测距模组、语音播报设备及其控制电路。模组电源由61板提供,即设置模组供电跳线J9短接2、3脚(将中间的排针和5V短接);单/多模组选择跳线J2短接,使回波接收通道始终保持导通;测距模式选择跳线J1选择到“LOW”一端。

3 系统实现

3.1 主程序流程图

流程图以及相关的程序流程图如图2所示:

3.2 超声波测距程序

用户需要先调用测距初始化函数InitMeasure(),再调用该函数BeginMeasure()即可进行一次测距操作,函数返回值为测量结果。每一次测距要进行四次测量,这四次的测量结果需要经过处理后才可得到最终的测距返回值,而四次测量的控制以及测量结果的处理都是在这个函数中完成的,具体的处理方法:每一次测距中的四次测量的间隔时间用16Hz的时基中断来控制;每一次测量,先发射20个40KHz脉冲(参见16Hz中断),然后使能测量时间基准计数器,当计数到4ms时,打开EXT1外部中断,等待回波反射到接收头。四次测量全部完成后,再对测量的结果进行处理、换算,以及出错处理,用户可以根据不同的应用对数据处理部分的程序作适当的调整。其中等待4ms的原因:压电式的电声传感器存在余波干扰,而有部份声波会沿电路板直接传到接收头,经接收电路的放大后,系统就有可能把它误认为是反射回来的回波信号。

4 结论

本方案的可扩展性比较强,整个程序的程序框架已经搭建好,可以继续编写程序完成其它功能。进一步优化系统的算法,使测距更加准确。

参考文献

[1]李淑萍.基于单片机AT89S52的超声波测距系统的设计[J]. 自动化与仪器仪表,2009(11).

[2]肖志红,汉泽西.一种基于单片机的超声测距系统的设计 [J].现代电子技术,2006(10).

超声波测距篇6

关键词： 超声波传感器； 单片机； 自动检测； 工作状态调整

中图分类号： TN710?34； TM910 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）05?0163?03

Abstract： On the basis of the ultrasonic sensor， the distance detection scheme was designed to realize the functions of automatic detection， automatic judgment and SMS automatic notification. The distance is detected with the ultrasonic wave， and the acquisition signal is given in the design. The single chip microcomputer is used to process the acquired signal， and adjust the working state of the mobile phone module according to the acquisition result. If the amplitude of the acquired signal is lower than that of the standard signal， the mobile phone module will work， otherwise the mobile phone module will be in the waiting state. The project can realize the expected function under the unmanned control by means of verification. The automatic detection and automatic SMS notification functions of this design can be used in security， automatic braking， automatic obstacle avoidance， etc.

Keywords： ultrasonic sensor； single chip microcomputer； automatic detection； working state adjustment

1 方案设计

依据扩展功能要求，本系统由超声波传感器模块、单片机模块、短信发送模块组成。系统依据测距信号对后续电路做出相应指令，进而控制电路的工作状态，达到自动检测、自动调整的目的。系统设计框图如图1所示。

1.1 超声波检测原理

超声波测距原理是通过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时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[v，]而根据计时器记录的发射和接收回波的时间差[Δt，]就可以计算出发射点距障碍物的距离[S，]即：

[S=v?Δt2]

由于超声波也是一种声波， 其声速[C]与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速[1]。在使用时，如果温度变化不大， 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 m/s，但其传播速度[v]易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃， 声速增加约0.6 m/s。如果测距精度要求很高， 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度为[T]r，超声波传播速度[v]的计算公式为：

声速确定后， 测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理[2]。

1.2 短信发送模块原理

短信发送模块是利用GSM网络进行数据交换。

1.2.1 GSM涵义

GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）属于第二代移动通信技术。GSM系统包括GSM 900：900 MHz，GSM 1800：1 800 MHz，GSM 1900：1 900 MHz等几个频段。

1.2.2 GSM系统结构与功能

GSM系统由若干个子系统或功能实体组成，如图2所示。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网路子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS负责管理通信业务，保证MS与相关的供应能够通信或与其他MS之间建立通信。MS，BSS和NSS组成GSM系统的实体部分[4]。操作支持系统（OSS）给运营部门提供一种手段来控制和维护这些实际运行部分。

1.2.3 移动台（MS）

公用GSM移动通信网中用户使用的设备叫做移动台，它是整个GSM系统中用户惟一接触的设备，移动台的类型包括手持台、车载台和便携台，其中手持台用户的比例最大。移动台必须提供与使用者之间的接口以及通过无线接口接入GSM系统的基本功能，其中主要包括话筒、扬声器、显示屏和按键等[5]。此外，移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块――SIM卡，它是一张符合ISO标准的智慧卡，包含所有与用户相关的和某些无线接口的信息，其中包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常紧急情况的紧急呼叫时才可以在不用SIM卡的情况下操作。

1.2.4 基站子系统（BSS）

基站收发信平台BTS属于基站子系统的无线部分，由基站控制器BSC控制服务于某个小区的无线收发信设备完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。实际上，一个基站控制器根据话务量可以控制10个BTS，BTS可以直接与BSC相连，也可以通过基站接口设备BIE采用远端控制方式与BSC相连接。BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。

1.2.5 网络子系统（NSS）

网络子系统NSS主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。它对GSM移动用户与其他通信网用户之间的通信起着管理作用。

1.2.6 操作支持子系统（OSS）

操作支持子系统OSS需要完成许多任务，包括移动用户管理，移动设备管理以及网络操作和维护移动用户管理（用户数据管理和呼叫计费）。用户数据管理一般由归属用户位置寄存器HLR完成，HLR是NSS功能实体之一，用户识别卡SIM的管理也是用户数据管理的一部分，但是作为相对独立的用户识别卡SIM的管理还必须根据运营部门对SIM的管理要求和模式，采用专门的SIM个人化设备来完成。

1.2.7 GSM信道

GSM信道可以分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指实际物理承载的传输信道，逻辑信道则是按照信道的功能划分，物理信道是逻辑信道的载体。

1.2.8 物理信道与帧结构

时分多址是GSM的基本特点，GSM有8个时隙，它不足以满足每个小区实际的用户需求，因此，GSM采用以时分为主体，时分频分相结合的方式。对于GSM 900（一阶段），GSM上下行各占有25 MHz频段，而每个信道仅占用200 kHz，所以GSM可容纳的频分信道数是125，而每个频分信道有8个时隙，所以GSM总共可以提供的时分信道数为1 000个。而对于GSM 900第二阶段，上下行频段扩展至35 MHz，时分信道也相应增至1 400。此外，可利用小区蜂窝规划对不同小区进行空分，以进一步增加信道数。

GSM帧结构分为TDMA、复帧、超帧、超高帧四个层次。TDMA帧是GSM中的基础帧，一个TDMA帧由8个时隙组成，而每个时隙可以是下列4类时隙突发中的某一种类型：常规突发序列、频率校正突发序列、同步突发序列和接入突发序列，其中，常规突发序列应用较多，主要用于信息通信，其他三类则多用于不同的控制。此外，TDMA帧可以构成两类复帧，进而构成两类超帧。GSM帧的结构图如图3所示。

1.2.9 GSM逻辑信道

逻辑信道按功能划分分为主业务信道及为了配合业务正常进行的辅控制信道两大类。主业务信道又可以分为语音与数据两类。语音信道分为全速率语音信道和半速率语音信道，分别为13.5 Kb/s和6.5 Kb/s。

2 硬件及模块选型

2.1 超声波模块选型

本方案拟采用超声波测距模块实时进行超声波检测，由单片机不断读出与前方物体的距离。超声波模块具有精度高、价格经济、性能稳定等特点。主要技术指标如表1所示。

表1 超声波模块主要技术指标

[参数＼&参数指标＼&探测距离＼&2～450 cm＼&感应角度＼&不大于15°＼&精度＼&0.3 cm＼&供电电压＼&DC 5 V＼&静态电流＼&小于2 mA＼&]

2.2 短信发送模块选型

短信发送模块采用SIM900A芯片。SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作频段为EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz。SIM900A支持GPRS multi?slot class 10/class 8（可选）和GPRS编码格式 CS?1，CS?2，CS?3，CS?4。SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下最低耗流只有1 mA。此外，该模块内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。SIM900A尺寸较小，几乎可以满足所有用户对空间尺寸的要求。

SIM900A模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，采用ARM926EJ?S架构，性能强大，可以内置客户应用程序。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方面。SIM900A模块的主要特点如下：

（1） SMT封装：易于客户生产加工；

（2） 尺寸小： 24 mm×24 mm×3 mm；

（3） 功耗低：待机模式电流低于18 mA，SLEEP模式下低于2 mA；

（4） 供电范围宽：3.2～4.8 V；

（5） 支持频段：GSM/GPRS 900/1 800 MHz；

（6） 语音编码：支持半速率、全速率、增强型速率；

（7） 支持回声抑制算法，可以基于不同客户设备通过AT命令调节回音抑制消除。

SIM900A模块的实物图如图4所示。

2.3 单片机选型

单片机选择ST公司生产的STM32系列ARM微处理器，具有高性能、低功耗的特点，具有先M的RISC结构，内部集成两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器和一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器[6]。

STM32系列处理器具有如下特点：ARM公司的高性能Cortex?M3内核；主频168 MHz 1.25 DMips/MHz；1 μs的双12位ADC；4兆位/s的UART；18兆位/s的SPIl；18 MHz的I/O翻转速度；低功耗：在72 MHz时消耗36 mA（所有外设处于工作状态）。

3 软件设计

ARM单片机主要完成对检测信息的采集，通过对比算法实现控制短信模块的工作状态。本次设计采用PID控制算法。模拟PID控制系统的原理框图如图5所示。

PID调节器是一种线性调节器，它将给定值[r（t）]与实际输出值[c（t）]的偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量对控制对象进行控制。

4 结 语

本次设计将严格按照工程的要求，制定完整的计划和标准，确保开发的测距模块满足各项技术要求，并在此基础上完成测距模块的调试、测试、验收等。测距模块的主要任务是依据采集信号对后续电路做出相应的指令，进而控制电路的工作状态，达到自动检测、自动调整的目的。

随着检测技术广泛应用于国防、科研、生产等领域，对测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展，尤其在电子应用方面，自动检测有着更为重要的意义。

参考文献

[1] 俞海珍，冯浩.电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用[J].电子机械工程，2004，20（2）：1?3.

[2] 刘洁.多模式开关电源控制器设计[D].西安：西安科技大学，2013.

[3] 刘明雨.多级电压电流混合补偿的跟踪电源研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[4] 焦喜香，敬岚，乔为民，等.基于CPLD和ATMEGAL128的数字电源系统的设计[J].核电子学与探测技术，2010，30（1）：71?74.

[5] 邵联合，黄桂梅.直流开关稳压电源的设计[J].轻工科技，2014（3）：42?43.

超声波测距篇7

关键词：超声波；单片机；测距；AT89C51

1 超声波测距原理概述

谐振频率高于20kHz的声波称为超声波[1]。超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，因此被广泛应用于测量物体的距离、厚度、液位等领域。在超声波探伤、自动泊车系统和倒车雷达系统中[2]，超声波测距有其重要的应用。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、渡越时间检测法和声波幅值检测法[3]等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。

本测距系统采用超声波渡越时间检测法。其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机开始计时，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。再由单机计算出距离，送LED数 码管显示测量结果。

超声波在空气中的传播速度随温度变化，其对应值如表2-1，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=vt/2。 （2-1）

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[4]：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。

1.2 单片机超声波测距系统构成

单片机AT89C51发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。

限制超声波系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、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可测距离。

2 系统硬件设计

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、报警输出电路、供电电路等几部分。单片机采用AT89C51，系统晶振采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P2.7端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3.5端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.4、P3.2、P3.3口，数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。

2.1 AT89C51单片机

AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。

外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容Cl、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容Cl、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振器选择40pF±10F。

2.2 超声波测距系统构成

本系统由单片机AT89C51控制，包括单片机系统、发射电路与接收放大电路和显示电路几部分组成。硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路三部分。单片机采用AT89C51。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P2.7端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3.5端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.4、P3.2、P3.3口，数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。

超声波接收头接收到反射的回波后，经过接收电路处理后，向单片机P3.5输入一个低电平脉冲。单片机控制着超声波的发送，超声波发送完毕后，立即启动内部计时器T0计时，当检测到P3.5由高电平变为低电平后，立即停止内部计时器计时。单片机将测得的时间与声速相乘再除以2即可得到测量值，最后经3位数码管将测得的结果显示出来。

2.2.1 超声波发射、接收电路

超声波测距篇8

【关键词】超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量

一、超声波传感器概述

（一）超声波。

声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波，其每秒的振动频率次数很高，超出了人耳听觉的上限，人们将这种听不到的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰退。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性——超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性——当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波平率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的，空化作用-当超声波在液体中传播时，由于液体威力的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞，这些小空洞迅速膨胀和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上玩个大气压的压强。微粒间产生几千到上玩个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，回事液体的文都骤然升高，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

超声波的特点：（1）超声波在传播时，方向性强，能易于集中；（2）超声波能在各种不同媒体中传播，且可传播足够远的距离；（3）超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应）。

（二）超声波传感器。

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为手段，必须产生超声波和接受超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接受超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转换成机械震荡而产生超声波，同时它接受到超声波时，也能转换成电能，所以它可以分成发送器和接收器。有的超声波传感器由发送传感器（或称波发送器）、接受传感器（或称波接收器）、控制部分与电源组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接受波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感接收器的输出，从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

二、超声波传感器的应用

（一）超声波距离传感器技术的应用。

超声波传感器包括三个部分：超声换能器，处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能器转入接受状态，处理单元对接受到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声，如果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发射器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发射和接受声波的双重作用。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，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声波振动转换成电信号。

（二）超声波传感器在医学上的应用。

超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。

（三）超声波传感器在测量液位的应用。

超声波测量液位的基本原理是：有超声波探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位的高度。超声波测量方法有很多其它法方不可比拟的优点：（1）无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；（2）其影应时间短可以方便的实习无滞后的实时测量。

（四）超声波传感器在测距系统中的应用。

超声波测距大致有以下方法：1.取输出脉冲的平均值电压，该电压（其幅值基本固定）与距离成正比，测量电压即可测得距离；2.测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，固被测距离为s=1/2vt。如果被测精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波距离适用于高精度的中长距离测量。

三、小结

文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发讨论了超声波传感器的原理与特点，并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用，但是，超声波传感器也有自身的不足，比如发射问题，噪声问题的等等，因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习，仍具有很大的价值。

参考文献：

[1]单片机原理及其接口技术，清华大学出版社.

[2]栗桂凤，周东辉.基于超声波传感器的机器人环境探测系统，2005（04）

[3]童敏明，唐守锋.检测与转换技术，中国矿业大学出版社.