1、第 I 頁 共 25 頁課題：汽車倒車雷達設計目錄第一章緒論1.1 課題設計的目的和意義 11.2 國內應用現狀 1第二章總體方案 22.1 本設計的研究方法 22.2 系統整體方案的設計 22.3 系統整體方案的論證 22.4 超聲測距原理 32.4.1 超聲波測距概述 32.4.2 超聲波傳感器介紹 32.4.3 超聲波測距的原理 4第三章 系統硬件設計3.1 AT89S51 單片機 73.2 超聲波測距的系統及其組成 83.2.1 超聲波測距單片機系統 83.2.2 超聲波發射、接受電路 93.2.3 顯示電路 113.2.4 供電電路 123.2.5 報警輸出電路 12第四章系統軟件設

2、計4.1 主程序設計 134.2 超聲波測距子程序及其流程圖 144.3 超聲波測距流程圖 17第五章系統調試與誤差分析5.1調試步驟 185.2誤差分析 18結論參考資料 20附錄一超聲波測距原理圖 22附錄二PCB圖 23附錄三實物圖 24- II -第 10 頁 共 25 頁第一章 緒論1.1 課題設計的目的和意義隨著汽車的普及，越來越多的家庭擁有了汽車。交通擁擠狀況也隨之出現，撞車事件也是經常發生，人們在享受汽車帶來的樂趣和方便的同時，更加注重的是汽車的安全性，許多“追尾”事故都與車距有著密切的關系。為了解決這個安全問題，設計一種汽車測距防撞報警系統勢在必行。由于超聲波指向性強，能量消

3、耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單。所以超聲波測距法是一種非常簡單常見的方法，應用在汽車停車的前后左右防撞的近距離測量，以及在汽車倒車防撞報警系統中，超聲波作為一種特殊的聲波，具有聲波傳輸的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距是利用其反射特性，當車輛后退時，超聲波測距傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用LED 顯示出來，當到達一定距離時，系統能發出報警聲，進而提醒駕駛人員，起到安全的左右。通過本課題的研究，將所學到的知識用在實踐中并有所創新和進步。該設計

4、可廣泛應用在生活、軍事、工業等各個領域，它需要設計者有較好的數電、模電知識， 并且有一定的編程能力，綜合運用所學的知識實現對超聲波發射與接收信號進行控制，通過單片機程序對超聲波信號進行相應的分析、計算、處理最后顯示在LED數碼管上。1.2 國內應用現狀近年來， 由于導航系統、工業機器人的自動測距、機械加工自動化等方面的需要，自動測距變得十分重要。與同類測距方法相比，超聲波測距法具有以下優勢：（ 1）相對于聲波，超聲波有定向性較好、能量集中、在傳輸過程中衰減較小、反射能力強等優勢。（ 2）和光學方法相比，超聲波的波速較小，可以直接測量較近的目標，縱向分辨率高；對色彩、光照度、電磁場不敏感，被測物

5、體處于黑暗、煙霧、電磁干擾、 有毒等比較惡劣的環境有一定的適應能力。特別是在海洋勘測具有獨特的優點。（ 3）超聲波傳感器結構簡單，體積小，費用低，信息處理簡單可靠，便于小型化和集成化。隨著科學技術的快速發展，超聲波的應用將越來越廣泛。但就目前技術水平來說， 人們利用超聲波的技術還十分有限，因此，這是一個正在不斷發展而又有無限前景的技術。超聲波測距技術在社會生活中已有廣泛的應用，目前對超聲波的精度要求越來越大。 超聲波作為一種新型的工具在各方面都有很大的發展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發展，以滿足日益發展的社會需求。未來超聲波測距技術將朝著更高精度，更大應用范圍，更穩定方向發展。第二章

6、總體方案2.1 本設計的研究方法本設計選用TCT40-16T/R超聲波傳感器。了解超聲波測距的原理的，只有對理論知識有一定的學習才能運用到實際操作中。根據原理設計超聲波測距儀的硬件結構電路。對設計的電路進行分析能夠產生超聲波，實現超聲波的發送和接收， 從而實現利用超聲波測距的方法測量物體之間的距離。具體設計一個基于單片機的超聲波測距器，包括單片機控制電路，發射電路，接收電路，LED顯示電路。2.2 系統整體方案的設計由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到農業生產等自動

7、化的使用要求。超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據設計要求并綜合各方面因素，本文采用AT89S51單片機作為控制器，用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器。2.3 系統整體方案的論證超聲波測距的原理是利用超聲波的發射和接受，根據超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發射，另一端接收的直接波

8、方式，適用于身高計；一種是發射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設計采用反射波方式。測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當的衰減， 衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應用低頻率的傳感器。2.4 超聲測距原理2.4.1 超聲波概述超聲波是一種頻率超過20KHz的機械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸的基本物理特性反射、折射、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產生較大力量

9、，并且在不同的媒質介面，超聲波的大部分能量會反射。利用超聲檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業使用的要求，主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業現場，例如：液位、井深、管道長度等場合。超聲波測量在國防、航空航天、電力、石化、機械、材料等眾多領域具有廣泛的作用，它不但可以保證產品質量、保障安全，還可起到節約能源、降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內部情況。超聲檢測設備還具有結構簡單，成本低廉的優點，有利于工程實際使用。2.4.2 超聲波傳感器介紹超聲波傳感器是一種將其他形式的能

10、轉變為所需頻率的超聲能或是把超聲能轉變為同頻率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲波傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要包括壓電傳感器、磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。 流體動力型包括有氣體和液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應用目的不同，超聲波傳感器的結構形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習慣上都把超聲波傳感器稱為探頭，而工業中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。壓電傳感器屬于超聲波傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現電能和聲能相互轉換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩

11、類。屬于晶體的如石英、鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產生一定的應變；相反，對這種材料施以外力，則由于產生了應變就會在其內部產生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產生交變的應變，從而產生超聲振動。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當壓電晶片受發射電脈沖激勵后產生振動，即可發射聲脈沖，是逆壓電效應。當超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉換成相應的電信號，是正壓電效應。前者用于超聲波的發射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓

12、電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質中。在壓電陶瓷上加上有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據壓電效應，就會使壓電陶瓷晶片產生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f 0交流電壓，它就會產生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會產生超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會使其產生機械變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產生頻率與超聲機械波相同的電信號。壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的逆向壓電效應來工作的。超聲波發生器內部結構如圖2-1 所示， 它有

13、兩個壓電晶片和一個錐形振子，當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動錐形振子振動，便產生超聲波。反之，如果兩極間未外加電壓，當錐形振子接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率f 0。發射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣， 超聲傳感器才有較高的靈敏度。當所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制作成各種頻率的超聲波傳感器。一般常用的超聲波傳感器有兩種：專用型和兼用型。專用

14、型是發送器用作發送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發送器和接收器是一體的傳感器，既可以發送超聲波，又可以接收超聲波。本設計選用的超聲波傳感器是專用型，其型號為TCT40-16T和 TCT40-16R，其中40 表示傳感器工作的中心頻率為40KHz,16表示傳感器的外徑為16mm， T和 R分別表示發射器和接收器。2.4.3 超聲波測距的原理超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發射波就立即停止計時。假設超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據計時器記錄的時間t，發射點距障礙物的距離H ，如圖 2.2 所示圖 2

15、-2 超聲波測距原理圖 2-2 中被測距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用L 表示，由圖可得：H Lcos(1)arctan M H(2)將式 (2) 帶入式 (1) 得：H L cos arctan M H(3)在整個傳播過程中，超聲波所走過的距離為：2L vt(4)式中： v為超聲波的傳播速度，t為傳播時間，即為超聲波從發射到接收的時間。將式(4) 帶入式 (3) 可得：H 0.5vt cos arctan M H(5)當被測距離H遠遠大于M時，式(5) 變為：H 0.5vt(6)這就是所謂的時間差測距法。首先測出超聲波從發射到遇到障礙物返回所經歷的時間，再乘以

16、超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離2 。由于是利用超聲波測距，要測量預期的距離，所以產生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達到預定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件， 只有得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波信號和防止外界干擾信號的干擾。經分析和大量實驗表明，頻率為40KHz左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發射的超聲波被調制成具有一定間隔的調制脈沖波信號。第三章 系統硬件設計按照系統設計的功能的要求，初步確定設計系統由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發射模塊、接收模塊共四個模塊組成。單片機主控芯片使用51 系列AT89S51單片機，該單片

17、機工作性能穩定，同時也是在單片機課程設計中經常使用到的控制芯片。發射電路由單片機輸出端直接驅動超聲波發送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調試工作小較小。3-1 ：系統設計框圖硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路和超聲波接收電路、報警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機采用AT89S51，系統晶振采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P2.7 端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.5 端口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3 位共陽LED數碼管，段碼輸出端口為單片機的P2 口，位碼輸出端

18、口分別為單片機的P3.4、 P3.2、 P3.3 口 ,數碼管位驅運用PNP三極管S9012三極管驅動。3.1 AT89S51 單片機AT89S51是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS位單片機，片內含84k bytes 的可系統編程的Flash 只讀程序存儲器, 器件采用ATMEL公司的高密度、8051 指令系統及引腳。它集Flash 程序存儲ISP）也可用傳統方法進行編程及通用8 位微處理器于單片芯ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比主要性能參數：· 與MCS-51產品指令系統完全兼容· 4k 字節在系統編程（ISP） F

19、lash 閃速存儲器· 1000 次擦寫周期· 4.0 5.5V 的工作電壓范圍·全靜態工作模式： 0Hz 33MHz·三級程序加密鎖· 128× 8 字節內部RAM· 32 個可編程I O口線· 2 個 16 位定時計數器· 6 個中斷源· 全雙工串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式·中斷可從空閑模喚醒系統· 看門狗（WD）及雙數據指針T·掉電標識和快速編程特性· 靈活的在系統編程（ ISP 字節或頁寫模式）除此以外AT89S51還提供一個5

20、 向量兩級中斷結構，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.2 超聲波測距的系統及其組成本系統由單片機AT89S51控制，包括單片機系統、發射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖3-1 所示。硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89S51。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測

21、量誤差。單片機用P2.7 端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.5 端口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3 位共陽LED數碼管，段碼輸出端口為單片機的P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的P3.4、 P3.2、 P3.3 口 ,數碼管位驅運用PNP三極管S9012三極管驅動。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經過接收電路處理后，向單片機P3.5輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發送，超聲波發送完畢后，立即啟動內部計時器T0 計時，當檢測到P3.5 由高電平變為低電平后，立即停止內部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以2 即可得到測量值，最后經

22、3位數碼管將測得的結果顯示出來。3.2.1 超聲波測距單片機系統超聲波測距單片機系統主要由：AT89S51單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。由K1， K2組成測距系統的按鍵電路。用于設定超聲波測距報警值。如圖3-3。- 39 -3-2 ： 超聲波測距單片機系統3.2.2 超聲波發射、接受電路超聲波發射如圖3-3 ，接收電路如圖3-4。超聲波發射電路由電阻R1、三極BG1、超聲波脈沖變壓器B及超聲波發送頭T40構成，超聲波脈沖變壓器，在率，從而提高測量距離。接收電路由BG1、 BG2組成的兩組三級管放大電路構成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由C7、 D1、 D2及 BG3組成。40kH

23、z的方波由AT89S51單片機的P2.7 輸出，經BG1推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成60VPP的電壓，加載到超聲波發送頭上，驅動超聲波發射頭發射超聲波。發送出的超聲波，遇到障礙物后，產生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經接收電路放大，整形，最后輸出一負跳變，輸入單片機的P3腳。該測距電路的40kHz方波信號由單片機AT89S51的 P2.7 發出。方波的周期為 1/40ms，即25 s，半周期為12.5 s。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產生40kHz方波。由于單片機系統的晶振為12M晶振，因而單片機的

24、時間分辨率是1 s，所以只能產生半周期為12s 或 13s 的方波信號，頻率分別為 41.67kHz和 38.46kHz。 本系統在編程時選用了后者，讓單片機產生約38.46kHz的方波。3-4 ：超聲波測距接收單元由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收電路如圖3-4 所示。接收到的信號加到BG1、 BG2組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數為70 倍。放大的信號通過檢波電路得到解調后的信號，即把多個脈沖波解調成多個大脈沖波。這里使用的是I N 4148 檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結構簡單，性能較好，制作難度小。3.3

25、.3 顯示電路本系統采用三位一體L E D 數碼管顯示所測距離值，如圖3-6 。數碼管采用動態掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的P3.4、 P3.2、 P3.3 口 , 數碼管位驅運用PNP三極管S9012三極管驅動。3.3.4 供電電路本測距系統由于采用的是LED數碼管用為顯示方式，正常工作時，系統工作電流約為30-45mA，為保證系統統計的可靠正常工作，系統的供電方式主要交流AC6-9伏， 同時為調試系統方便，供電方式考慮了第二種方式，即由USB口供電，調試時直接由電腦USB口供電。6 伏交流是經過整流二極管D1-D4整流成脈動直流后，經慮波電容C1 慮波

26、后形成直流電，為保證單片機系統的可電，供電路中由 5 伏的三端稱壓集成電路進行穩壓后輸出5 伏的真流電供整個系統用電，為進一步提高電源質量，5 伏的直流電再次經過C3、 C4濾波。3.2.5 報警輸出電路為提高測測距系統的實用性，本測距系統的報警輸出提供開關量信號及聲響信號兩種方式。方式一：報警信號由單片機P3.1 端口輸出，繼電器輸出，可驅動較大的負載，電路由電阻R6、三極管BG9、繼電器JDQ組成，當測量值低于事先設定的報警值時，繼電器吸合，測量值高于設定的報警值時，繼電器斷開。方式二：報警信號由單片機P0.2 口輸出，提供聲響報警信號，電路由電阻R7、三極管BG8、蜂鳴器BY組成，當測量

27、值低于事先設定的報警值時，蜂鳴器發出“滴、滴、滴 . ”報警聲響信號，測量值高于設定的報警值時，停止發出報警聲響。報警輸出電路如圖3-7 。3-7 ：報警輸出電路第四章 系統軟件設計4.1 主程序設計超聲波測距的軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收程序，又要（超聲波測距時）， 所以控制程序可采用C語言編程。主程序首先是對系統環境初始化，設定時器0 為計數，設定時器1 定時。 置EA。 進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位ec=14-5 次 / 秒。測距間隔中，整個當調用超聲波測距子程序后，首先由單片機產4 個頻率為38.46kHz 超聲波脈沖，加載的超聲波發送頭上。超

28、聲波頭發送完T0 進行計時，為了避免超聲波從發射頭直接1.5 -2ms 時間（這才啟動P3.5 腳的電平判斷程序。當檢測到P3.5 腳的電平由高轉為低電平時，T0計時。由于采用單片機采用的是12 MHz的晶振，計時器每計一個數1 s ，當超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0 中的2）計算，即可得被測物體與測距儀之間設計時取15時的聲速為340 m/s 則有：d=（c× t）/2=172 × T0/10000cmT0 為計數器T0 的計算值。測出距離后結果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發超聲波脈沖重復測量過程。4.2 超聲波測距子程序

29、及其流程圖void wdzh()TR0=0;TH1=0x00;TL1=0x00;csbint=1;sx=0;delay(1700);csbfs();csbout=1;TR1=1;i=yzsj; while(i-) i=0;while(csbint)/ 判斷接收回路是否收到超聲波的回波i+;if(i>=3300) csbint=0;TR1=0;s=TH1;s=s*256+TL1;TR0=1;csbint=1;jsz=s*csbc;/ 計算測量結果jsz=jsz/2;產生超聲波的子程序：為了方便程序移置及準確產生超聲波信號，本測距的超聲波產生程序是用匯編語言編寫的進退聲波產生程序。產生的超聲

30、波個數為UCSBFS SEGMENT CODERSEG UCSBFSPUBLIC CSBFSCSBFS: mov R6,#8h ; 超聲波發射的完整波形個數：共計四個here: cpl p2.7; 輸出40kHz方波nopnopnopnopnopnopnopnopnopdjnz R6,hereRETEND流程圖：超聲波測距結束4.3 超聲波測距流程圖開始初始化第五章 系統調試與誤差分析5.1 調試步驟我的步驟是先焊接各個模塊，焊接完每個模塊以后，再進行模塊的單獨測試，以確保在整個系統焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的AT89S51機裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對著墻面往

31、復移動，看數碼管的顯示結果會不會變化，在測量范圍內能否正常顯示。如果一直顯示“- - - ”，則需將下限值增大。本測距板1s 測量 4-5 次，超聲波發送功率較大時，測量距離遠，則相應的下限值（盲區）應設置為高值。試驗板中的聲速沒有進行溫度補償，聲速值為340m/s，該值為15時的超聲波值。注： 由于條件原因調試時無法提供6V交流電與5V雙USB接口線，所以由4.5V 干電池與5V實驗室穩壓電源代替。5.2 誤差分析超聲波測距由于其再使用中不受光照度、電磁場、色彩等因素的影響，加之其結構簡單成本低，在機器人避障和定位、汽車倒車、水庫液位測量等方面已經有了廣泛的應用。在原理上將，超聲波測距有脈沖

32、回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測距常用，其原理是超聲傳感器發射超聲波，在空氣中傳播至被測物， 經反射后由超聲波傳感器接收反射脈沖，測量出超聲脈沖從發射到接收的時間，在已知超聲波聲速的前提下，可計算被測物的距離H，即：H=vt/2。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素使超聲波測距的精度和范圍受到影響。（ 1）溫度對超聲波波速的影響空氣中傳播的超聲波是由機械振動產生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現超聲波在空氣中傳播。因此超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份

33、的影響。其中溫度對超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響，當需要精確確定超聲波傳播速度時，必須考慮溫度的影響。（ 2）超聲波回波聲強影響超聲波回波聲強與被測物得距離有由直接的關系，實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過根據測量距離調整脈沖群的脈沖個數以及動態調整比較電壓來減小這種誤差。（ 3）電路本身影響電路硬件和軟件本身存在一定的缺陷，因此會造成測量誤差，主要表現為：啟動發射和啟動計時之間的偏差。這是源于單片機一次只能處理一件事，所以啟動發射和啟動計時實際上不能同時完成，是先后完成的，存在時差。但只要指令速度足夠快，其偏差可以忽略。收到回波到被檢測出

34、的滯后。這是源于檢測電路的靈敏度和判斷偏差，從收到實際回波到電路確認并輸出相應信號肯定存在滯后，這和回波信號強弱、檢測電路原理以及判斷電路的敏感性相關，也是超聲波測距的核心。收到中斷到中斷響應停止計時之間的滯后。這是源于單片機的中斷機制。收到中斷信號后，單片機不可能立刻響應，至少要完成當前的指令，有時還要等待其它中斷服務結束，所以這個滯后時間也不確定，從而導致測量結果的變化。但這個因素可以通過提高單片機速度，使用高優先級中斷。計時器本身的誤差。這是源于計時器本身。由于目前多數使用晶體振蕩器，其穩定度和準確度為20-50 PPM 級別，對于音速而言，其帶來的誤差在mm級。為減小此項誤差，應該提高

35、計時的最小單位，即是選擇頻率高的晶振，從而降低量化誤差。同時選用質量好的晶振。（ 4）超聲波波速入射角影響超聲波波束入射角也會對測量數據產生影響，由于系統是用來測量點和面的距離，則被測物表面，超聲波發射探頭和接收探頭三者之間存在一個幾何角度，即發射波入射到接收探頭的角度，如果這個角度不是0 度， 系統測量到的距離是被測物與接收探頭之間的距離而不是和測量參考面之間的距離，這就會造成測量誤差。（ 5）超聲波傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響制作超聲波傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲波測距常用壓電材料制作的傳感器。超聲波傳感器外加脈沖電壓的幅值會影響壓電轉換效率。當壓電材料不受

36、外力時，其應變S與外加電場強度E的關系為：S=dE其中 d 為應變電場常數。超聲波傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場強度，從而影響其應變量和超聲轉換的效率，進而影響超聲波幅值。這些會直接影響超聲波的回波幅值。所以，為了提高壓電轉換效率，提高超聲測距精度和范圍，應盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。結論本文主要講述了倒車雷達，即超聲波測距儀的原理和設計方法，設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產生超聲波，實現超聲波的發送與接收，從而實現利用超聲波方法測量物體間的距離，并以數字的形式顯示測量距離，在距離小于50cm 時發出報警。超聲波測距的原理是利用超聲波的發射和接收，根據超聲波傳播的時間來計

37、算出傳播距離。超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示電路、超聲波發射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89S51，采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機控制超聲波發射與接收模塊進行信號的發射與接收。顯示電路采用LED數碼管進行數字顯示。實際測試證明，本超聲波測距儀的性能不是特別穩定。超聲波測距儀還可以做如下改進：系統的動態性能不高，被測物體表面移動速度很小時，可以實現跟蹤測量；移動速度過大，波動較大時，誤差變大。可以研究更為合理的波導管和輔助測量手段。提高超聲波發射探頭的固有頻率。如果超聲波的固有頻率為40kHz，并假設接收信號觸發閥值建立時間滯后