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。

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。
Hale Waihona Puke 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。
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。
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
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。
目 录



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。