51单片机超声波测距设计.pdf_51单片机超声波测距设计资源-CSDN文库

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51 单片机超声波测距设计

第一章引言

1.1 单片机应用系统概述

单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现

及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算

机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要

的发展,并正在深深地改变着我们的社会。

嵌入式系统无疑是当前最热门、最具有发展前景的 IT 应用之一。嵌入式系统的

应用可以使传统的电子系统升级成为智能化的电子产品，使其成为具有“生命”的

现代化智能系统。嵌入式系统一般应用于对实时响应要求较高的设备中，单片机作

为嵌入式系统的核心部件，其应用使电子系统的智能化出现了意想不到的效果，常

常无需对硬件资源做任何改动，只需更新系统软件就能使系统功能升级。现代社会

中嵌入式系统无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个

领域，主要可以归纳为以下几个方面。

（1）军事装备：各种武器控制（火炮控制、弹道控制、炮弹引信等），坦克、舰

船、轰炸等各种电子装备，雷达、电子对抗、军事通讯装备等。

（2）家用电器：各种家电产品，如数字电视、机顶盒、数码相机、

VCD、DVD、可视电话、洗衣机、电冰箱、手机、智能玩具等。

（3）工业控制：各种智能仪器仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系

统、工业机器人、机电一体化设备、汽车电子设备等。

（4）商用设备：各种收款机、POS 系统、电子秤、条形码阅读器、商务终端、

IC 卡输入设备、自动柜员机、防盗系统等。

（5）办公用品：复印机、打印机、传真机、扫描仪、手机、个人数字助理

（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控变换机、网络设备等。

（6）医疗电子设备：各种医疗电子仪器，如 X 光机、超声诊断仪、心脏起搏器、

监护仪器等，以及辅助诊断系统、专家系统等。

单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片

机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。通常开发一个单

片机系统的步骤如下：

3

1) 软件的编写和编译检查；

2) 基于 Proteus 的软件仿真。

5 样机实验测试

1) 实验检查；

2) 测试数据。

6 误差分析

1）误差的分析；

2）改进。

第二章超声波测距的原理

2.1 超声波的基本理论

超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使

用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备

安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波

的研究特别活跃。

超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有

聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超

声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检

测超声。

超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在 10 ——10 Hz，其中通常的频

4

12

率大约在 10 ——3 之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播时，

4

10

6

如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的介质中，

超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声

波受到界面限制不能自由的向外扩散。于是超声波在传播过程中有如下的特性和作

用：

1 超声波的传播速度

超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波：横波——质点振动方向垂直于传

播方向的波；纵波——质点振动方向与传播方向一致的波；表面波——质点振动介

于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体

中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量

多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。

超声波与气其他声波一样，其传播速度与介质密度和弹性特性有关。

超声波在气体和液体中，其传播速度 C =（）

gL

a

B



1

2

1

式中 ——介质的密度；



——绝对压缩系数。

a

B

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