基于单片机的超声波测距仪设计
金锴锐
（辽宁科技大学信息技术学院电子信息工程，辽宁鞍山 114051）
摘要
随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本设计对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用单片机以及超声波在介质的传播特性等知识，采用DS18B20作为温度反馈，在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。为了保证超声波测距模块的可靠性和稳定性，其本身采取了相应的抗干扰措施。该测距仪最大测量距离是80cm，最小测量距离是4cm，精确度是3cm。这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强且实时性良好，经过系统扩展和升级，可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车及机器人等。
关键词：超声波测距；单片机；温度传感器
The Design of Ultrasonic Distance Measure
Based on MCU
Abstract
With the rapid development of science and technology, ultrasonic will be used more widely in science and technology. This design theoretically analyzed the possibility of ultrasonic sensors measure distance, it uses the knowledge of microcontroller and ultrasonic propagation in the medium, and adopts DS18B20 for temperature feedback, this system is designed on the basis of the overall program, and its functions finally achieved through various hardware and software modules. In order to ensure the reliability and stability of the Ultrasonic Ranging module.The method of anti-interference was used in this system. The maximum and the minimum measuring distance of this system is 80cm and 4cm, and its accuracy is 3cm. The system have abilities of The hardware and software of this system designed reasonable. of anti-interference and good real-time. With the expansion and upgrades of the system, the design can be widely used in industrial production, medical examination, daily life, unmanned vehicles, automated guided vehicle at the automatic field, robots, and liquid level gages etc.
Key words：ultrasonic ranging; MCU; temperature sensor
目录
第一章绪论 (1)
1.1 选题背景及目的 (1)
1.2 超声波介绍及其应用领域 (1)
1.3 本设计的主要研究内容 (2)
1.3.1 超声波测距的原理 (2)
1.3.2 设计的主要内容 (3)
第二章超声波测距系统 (4)
2.2 单片机AT89C51的特性 (5)
2.3 超声波探头介绍 (6)
第三章超声波测距硬件电路设计 (8)
3.1超声波测距系统电路总体设计方案 (8)
3.2 超声波测距系统电路各部分模块的设计 (9)
3.2.1 超声波发射接收电路的设计 (9)
3.2.2 温度补偿电路的设计 (11)
3.2.3 显示模块的设计 (12)
第四章系统软件设计 (14)
4.1 显示子程序 (15)
4.2 外部中断子程序 (16)
4.3 测量温度子程序 (17)
参考文献 (26)
附录1 (27)
附录2 (28)
第一章绪论
1.1 选题背景及目的
随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。对本设计的研究与设计，还能进一步提高自身的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。
超声波传感器模块在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测模块往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。
超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深和管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。
1.2 超声波介绍及其应用领域
当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。人类耳朵能听到的声波频率为20～20K赫兹。当声波的振动频率大于20K赫兹或小于20赫兹时，人们便听不见了。因此，把频率高于20K赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接和碎石等。在医学，军事，工业以及农业上有明显的作用。
理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度.这就是超声波加湿器的原理。
应用领域
1．机械行业：防锈油脂的去除；量具刃具的清洗；机械零部件的除油除锈发动机、化油器及汽车零件的清洗，过滤器及滤网的疏通清洗等等。
2．表面处理行业：电镀前的除油除锈；离子镀前清洗；磷化处理；清除积炭，氧化皮，抛光膏，金属工件表面活化处理等等。
3．医疗行业：医疗器械的清洗，消毒，杀菌，实验器皿的清洗等等。 4． 仪器仪表行业：精密零件的高清洁度清洗，装配前清洗等等。
5． 机电电子行业：印刷线路板除松香，焊斑；高压触点，接线柱等机械电子零件的清洗等等。
6． 光学行业：光学器件的除油、除汗和清灰等。 7． 半导体行业：半导体晶片的高清洁度清洗。 8． 科教文化：化学生物等实验器皿的清洗和除垢。 9． 钟表首饰：清除油泥、灰尘、氧化层和抛光膏等。
10．石油化工行业：金属滤网的清洗疏通、化工容器和交换器的清洗等等。 11．纺织印染行业：清洗纺织锭子和喷丝板等。 12．其它：
超声清洗：清除污染物，疏通细小孔洞，如：清洁印章，古董修复和汽车电喷头疏通等。
超声搅拌：加快溶解，提高均匀度，加快物理化学反应，防止过腐蚀和加速油水乳化，如：溶剂染料混合和超声磷化等。
超声凝聚：加速沉淀，分离，如：种子浮选和饮料除渣等。 超声杀菌：杀灭细菌及有机污染物，如：污水处理和除气等。 超声粉碎：降低溶质颗粒度，如：细胞粉碎和化学检测等。 超声封孔：排除间隙气体，提高整体密度，如：工件浸漆等。
1.3 本设计的主要研究内容
1.3.1 超声波测距的原理
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波， 从而测出发射和接收回波的时间差t ，然后求出距离
2
ct
S
(1-1) 式(1-1)中的c 为超声波在空气中传播的速度。
限制该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装置的灵敏度。接收装置对声波脉冲的直接接收能力
将决定最小可测距离。超声波的波速c与温度有关，表1-1列出了几种不同温度下的波速。
表1-1 声速与温度的关系
温度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100 声速(m/s) 313 319 325 331 338 344 349 386
可以推导得出，温度和波速大概有c=331.5+0.607T这样的规律，波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。
1.3.2 设计的主要内容
单片机控制超声波模块发射及检波接收，其系统原理框图如图1-3所示。
图1-3 超声波测距系统框图
先驱动DS18B20温度传感器，测出当前温度，然后根据公式换算出当前波速，然后控制口P1.0(Trig引脚)发一个10US以上的高电平，就可以在接收口P3.2（Echo 引脚）等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就进入外部中断0，在中断程序中读取定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，就可以达到你移动测量的值了相应的计算结果被送至LED 数码管进行显示。
第二章超声波测距系统
本设计是基于单片机控制的，在介绍电路设计之前，先简单了解一下单片机的工作原理，即简单介绍STC89C51的一些特性。
2.1 单片机基础知识
单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器(Microcontroller)。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机内部结构如图2-1所示。
图2-1 单片机内部结构
与单片机相比，微型计算机是一种多片机系统。它是由中央处理器(CPU)芯片、ROM芯片、RAM芯片和I/O接口芯片等通过印刷电路板上总线(地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB)连成一体的完整计算机系统。其中，中央处理器(CPU)的字长长，功能强大；ROM和RAM的容量很大；I/O接口的功能也大，这是单片机无法比拟的。因此，单片机在结构上与微型计算机十分相似，是一种集微型计算机主要功能部件于同一块芯片上的微型计算机，并由此而得名。
2.2 单片机AT89C51的特性
AT89C系列单片机是Atmel公司生产的一款标准型单片机。其中数字89是单片机AT89C51的特性，C表示CMOS工艺。其管脚图如图2-2所示。
图2-2 AT89C51单片机管脚图
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 /INT0(外部中断0)
P3.3 /INT1(外部中断1)
P3.4 T0(记时器0外部输入)
P3.5 T1(记时器1外部输入)
P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源(VPP)。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
2.3 超声波探头介绍
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
本测距模块使用的是压电式超声波发生器探头，压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图2-3所示，它有两个压电陶瓷晶片和一个金属片共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电陶瓷晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当金属片共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
图2-3 压电式超声波发生器
第三章超声波测距硬件电路设计
3.1超声波测距系统电路总体设计方案
由单片机STC89C51编程产生10US以上的高电平，由P1.0口输出，就可以在接收口P3.2（Echo引脚）等待高电平输出。一旦有高电平出处，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，接收口P3.2口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。
该测距装置是由超声波模块、单片机、和LED显示电路组成。传感器输入端与发射接收电路组成超声波测距模块，模块的输出输入端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图3-1所示。
图3-1 时序图
超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。
3.2 超声波测距系统电路各部分模块的设计
3.2.1 超声波发射接收电路的设计
发射电路的设计
由模块中产生的40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本模块所选用的是74HC04集成芯片，图3-1为发射电路图。
图3-1 发射电路
74HC04内部集成了六个反向器，同时具有放大的功能。74HC04的管脚如图3-2所示。
图3-2 74HC04管脚图
接收电路的设计
超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必需经过放大。本系统采用了LM741对接收到的信号进行放大，接收电路如图3-3所示。
图3-3 接收电路
超声波探头接收到超声波后，通过声电转换，产生一正弦信号，其频率为传感器的中心频率，即40kHz。该信号通过C1高通滤波后经LM741放大，最后经二极管整形后输出到单片机中断口。LM741是一单运放集成芯片，图3-4为LM741管脚图。
图3-4 LM741管脚图
其板上接线方式为，VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND
使用方法简单，一个控制口发一个10US以上的高电平，就可以在接收口等待高
电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，就可以达到移动测量的值了。
图3-5 超声波测距模块外观图
DYP-ME007超声波测距模块可提供3cm--3.5m 的非接触式距离感测功能，图3-5为DYP-ME007外观，包括超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。
3.2.2 温度补偿电路的设计
稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件，而超声波在空气中传播时，其速度受到了温度，湿度，粉尘，大气压，气流等因素的影响，其中温度影响最大，而超声波在空气中的速度与温度的关系的表达式为c=331.45
()16.273/16.273+T ，由泰勒公式将其展开，可得到近似计算公式
c=331.5+0.607T 。式中T 是环境摄氏温度，所以温度每变化1摄氏度，声速的变化为0.6m/s ，可见温度对声速的影响很大，测量时必须进行温度补偿。
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，测温范围为-55～125摄氏度，最大分辨率可达0.0625摄氏度。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用了线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，测温电路如图3-5所示。
图3-5 测温电路原理图
3.2.3 显示模块的设计
LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。
LED数码管结构简单，价格便宜。下图示出了八段LED数码显示管的结构和原理图。图(a)为八段共阴数码显示管结构图，图(b)是它的原理图，图(c)为八段共阳LED 显示管原理图。八段LED显示管由八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别与同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其他与八段相同。
图3-6 8段数码管示意图
单片机对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。
为了提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。所以本系统采用了两片74HC573分别作为断码和位码的选通芯片，并用一片10K的排阻提供上拉电流，以达到数码管动态描显示，电路原理图如图3-6所示。
图3-6 显示电路原理图
第四章 系统软件设计
软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图4-1所示。主程序完成初始化工作、超声波发射和接收，距离计算、结果的输出。 外部中断服务子程序主要完成时间值的读取。
NO YES
图4-1 主程序流程图
外部中断子程序
计算距离 结果输出 定时器及中断初始化
发射超声波 开外部中断 指示灯闪烁
单片机初始化 DS18B20初始化 开 始
收到回波？
主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中断允许位EA。然后给Trig一个20us的高电平，然后在Echo引脚等待其变为高电平，一旦输出了高电平，表明超声波已开始发射，此刻即计时，等待Echo 变为低电平，即触发外部中断0的跳变沿方式中断。读取当前定时器的值，换算成时间，乘以温度补偿后的波速，即得到测距距离。由于采用的是11.0592MHz的晶振，计数器每计一个数大概就是1μs，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T1中的数（即超声波来回所用的时间）按式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离。
测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用C语言编写。
4.1 显示子程序
本系统的LED显示采用了动态显示方式，用两块74HC573分别选通段码和位码，没显示一根管延时2ms，利用人眼的视觉暂留效应，达到静态显示的效果，C程序如下。
void display(uint distance_date)
{
uchar dm，cm，mm;
dm=distance_date/100;
cm=distance_date%100/10;
mm=distance_date%10;
dula=0;
P0=table[dm];
dula=1;
dula=0;
wela=0;
P0=0x7f;
wela=1;
wela=0;
delay(2);
dula=0;
P0=table1[cm];
dula=1;
dula=0;
wela=0;
P0=0xbf;
wela=1;
wela=0;
delay(2);
P0=table[mm];
dula=1;
dula=0;
P0=0xdf;
wela=1;
wela=0;
delay(2);
}
4.2 外部中断子程序
因本设计把数据换算，计算距离以及显示子程序都放在了主程序中，所以外部中断子程序比较简单，它实现了对T1数值读取，以及关闭外部中断的功能。流程图如图4-2所示。
外部中断入口
读取时间值
关外部中断
返回
图4-2 外部中断程序流程图
c程序如下：
INTO_() interrupt 0
{
outcomeH =TH1;
outcomeL =TL1;
succeed_flag=1;
EX0=0;
}
4.3 测量温度子程序
测温电路由美国DALLAS公司的DS18B20芯片完成，其初始化过程如下：DS18B20的初始化
（1）先将数据线置高电平“1”。
（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
（3）数据线拉到低电平“0”。
第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 1.1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.1.2设计的意义 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路 1.2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。
一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务：以单片机为核心，设计并制作一超声波测距系统基本要求： 利用时间差测距，不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率：450kHz 测距范围：0.5~10米 测试精度： 10% 发挥部分尽量增大测控范围，提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的450kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电
容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波，由输出口进行输出，并开始计时。第三等待中断，若超声波被接收探头捕捉到，那么通过中断可测得
基于单片机的超声波测距电子烧友会基于51单片机的超声波测距仪 之倒车雷达作品设计毕业论文 摘要: 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，他广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及STC公司的STC89C52的单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。 关键词：单片机；液晶显示；报警；测距 I
Ultrasonic distance measurement based on single chip Abstract:Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites. This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use. Keywords:microcontroller; LCD display; alarm; ranging
超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：浅谈建筑结构检测技术 学习中心： 层次： 专业： 年级： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：
内容摘要 结构检测是指实体结构现状的检测，检测得出的数据和结论是对抗震鉴定结果的重要支撑。建筑结构的检验测试通常为事后的检验与测试，这与建设工程施工阶段的送样和质量检查有明显的区别，因而其工作难度大，技术含量高。为此，本文针对各种常见建筑结构的检测技术进行了简要的分析与探讨，分别介绍了混凝土结构，砌体结构，钢结构的检测技术，并对相关检测技术进行了详细的评述。随着检测技术的发展，结构检测内容趋于系统和深入，结构检测方法日益先进和丰富。 关键词：建筑结构；检测技术；结构性能
目录 内容摘要 (1) 引言 (3) 1 绪论 (4) 1.1 建筑结构检测技术的提出 (4) 1.2 常见建筑结构的种类及相应检测内容 (4) 2 砌体结构检测技术 (7) 2.1 砌体结构检测技术的主要内容及特点 (7) 2.1.1 砌体强度检测 (7) 2.1.2 砂浆强度检测 (7) 2.2 砌体结构检测技术实施现状分析 (8) 3 钢结构检测技术 (10) 3.1 钢结构无损检测技术的主要内容及特点 (10) 3.1.1 磁粉检测技术 (10) 3.1.2 射线检测技术 (10) 3.1.3 超声波检测技术 (11) 3.1.4 渗透检测技术 (11) 3.1.5 涡流检测技术 (11) 3.2 钢结构检测技术实施现状分析 (12) 4 混凝土结构检测技术 (13) 4.1 混凝土结构检测技术的主要内容及特点 (13) 4.1.1 强度检测 (13) 4.1.2 钢筋配置情况检测 (14) 4.1.3 混凝土耐久性检测 (14) 4.1.4 钢筋锈蚀情况检测 (15) 4.1.5 混凝土碳化深度的检测 (16) 4.2 混凝土检测技术实施现状分析 (16) 5 结论与建议 (18) 参考文献 (19)
基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
摘要 随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。还有在很多要求实时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，一种新的测距方法诞生了——非接触测距。超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。 目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。 随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。与其他测距方法相比较，超声测距具有下面的优点：（1）超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。 （2）超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。 （3）超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单
可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。 关键词：超声波；测距；电子电路
Abstract With the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method can't finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional method is also difficult to perform a complete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people. At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material science, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in. Along with the computer technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is becoming more and more important Compared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages: (1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identify transparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body). (2) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and
For personal use only in study and research; not for commercial use 第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 For personal use only in study and research; not for commercial use 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 For personal use only in study and research; not for commercial use 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路
分类号：TB553 单位代码：10110 学号：S2******* 中北大学 硕士学位论文 超声波检测钢轨伤损及定位研究 硕士研究生李文超 指导教师苏新彦副教授 学科专业信号与信息处理 2013年 4月 10 日
图书分类号 TB553 密级非密UDC注 1 硕士学位论文 超声波检测钢轨伤损及定位研究 李文超 指导教师（姓名、职称）苏新彦副教授 申请学位级别工学硕士 专业名称信号与信息处理 论文提交日期 2013 年 4 月 10 日 论文答辩日期 2013 年 5 月 30 日 学位授予日期年月日 论文评阅人李铁鹰张丕状 答辩委员会主席张文梅 2012年 6 月 7 日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类
原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。 签名：日期： 导师签名：日期：
超声波检测钢轨伤损及定位研究 摘要 在我国的交通运输系统中，铁路运输一直占据着重要的地位，钢轨在长期运行过程中难免出现各种损伤，严重威胁着列车的安全，在检测钢轨伤损中，超声探伤技术是应用最为广泛的方法之一。随着超声波检测诊断技术和检测方法迅速的发展，超声探伤技术在铁路领域得到重要的应用。 本文在分析超声波的特征值、介质的声参量及超声波在介质中的特性基础上，利用超声波脉冲反射法基本理论，设计了超声波检测钢轨伤损及定位系统。该系统以高性能单片机为控制核心、采用五通道高速采集卡进行数据采集，搭建了无损检测硬件系统平台。 本系统经过选取合适的探头，设计了单片机为核心的控制模块及超声波发射电路和超声波接收电路；用高速采集卡实现了对信号的五通道高速采集。以VC6.0++为编程工具，Matlab为分析工具，完成了整套系统软件编程及调试的工作。最后利用小波变换将采集的回波信号进行降噪处理，能够对伤波信号增强和提取，实现了对钢轨伤损判定和定位。 通过大量的实验表明：本文设计的超声波探伤系统对钢轨伤损判定和定位取得了理想的效果。在论文的最后做了总结，并且对超声波检测钢轨伤损的进一步的研究提出建议。 关键词：无损检测；超声检测；数据采集；小波变换
基于单片机的超声波测距仪的设计与实现
中文摘要 本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。单片机控制超声波的发射。然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。 关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警
Design and Realization of ultrasonic range finder based ABSTRACT The design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm. Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm
毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号： 所在学院： 专业：通信工程 设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪 指导教师： 2014年2月25日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、课题研究背景、目的和意义 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制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，并且测量精度较高。 超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。 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、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。它是一种指向性强，能量消耗慢的波。它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，可解决超长度的测量。二、超声波测距仪的整体设计思路 超声波测距一般采用渡越时间法。超声波测距的实质是时间的测量，即：用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即 S=12ct 其中，c 为空气介质中声波的传播速度。在常温下，超声波的传播速度为340 m/s，
摘要 本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。本文详述了国外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过GB11345-89标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。 关键词：焊缝；超声波探伤。
Abstract The task of the graduation design is the plate weld ultrasonic testing. The main task is to master the process equipment manufacturing and welding defects and its causes, study of ultrasonic flaw detection technology in steel pressure vessel butt welded joint flaw detection, and gives the concrete plan of the weld repairing. This paper describes the domestic and foreign development and present situation of ultrasonic detection technology, and in the process equipment manufacturing, welding and nondestructive testing based on detailed introduces the ultrasonic detection technology and its application in weld NDE and rating and matters needing attention. For a given plate welding, the weld defects detection by experiment, this paper introduces the test block selection, equipment commissioning, on-site inspection of the common problems and solutions. At the same time provides on-site testing, defect location and length measurement methods, and through the GB11345-89 standard to test the detected defects were rating and the detection process card. Key words: Weld; ultrasonic testing
大学 无线通信课程设计报告基于单片机的超声波测距系统 专业：通信工程 学号：20085428 姓名：超越
基于单片机的超声波测距系统 1．设计原理概述 文章是对基于单片机的超声波测距系统的研究，首先要知道超声波测距的原理，它声波的一种，声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。 超声波的特性： （1）超声波在介质传播过程中，会发生衰减和散射。由于受介质和杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。 （2）超声波声束能集中在特定的方向上，具有良好的指向性。超声波可以在固体、液体和气体中以不同的速度进行传播，其速度受介质温度、压力等因素的影响，但在相同外部环境下，超声波在同一介质中的传播速度是一常数。 （3）超声波在异种介质的界面上会产生发射、叠加等现象。 实用的超声测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距
离的测量时应用低频率的传感器。 声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标，而返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的，即： 上式中， L为待测距离，V(m/s) 为超声波在空气中的速度，T（s）为往返时间。由于超声波在空气中的传播速度与温度 T(℃)有如下关系： 温度每变化1℃，超声波速度变化0.6m/s。所以通过测温电路测量出当前温度，就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化比较大，因此产生的测量误差也比较大，所以若是在环境温度变化较大的环境下进行测量，考虑声速补偿的问题。 文章采用基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波经反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。 以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间，读取时间差，计算时间差，计算距离，结果输出给LED显示。 单片机计时准确，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单，成本低。
超声波测距在机器人避障中的应用毕业论文 目录 绪论 (1) 1课题设计目的及意义 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计的意义 (1) 2超声波测距仪的设计思路 (1) 2.1超声波测距原理 (1) 3课题设计的任务和要求 (2) 第一章超声波测距系统硬件设计 (2) 1 系统设计 (2) 2 51系列单片机的功能特点 (3) 3系统硬件结构的设计 (3) 3.1 单片机显示电路原理 (4) 3.2 超声波发射电路 (4) 3.3 超声波检测接收电路 (4) 3.4超声波测距系统的总电路 (5) 第二章超声波测距系统的软件设计 (5) 1 超声波测距仪的算法设计 (5) 2主程序流程图 (6) 3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (7) 4 系统的软硬件的调试 (7) 第三章超声波测距系统在智能机器人中的应用 (7) 1 避障系统设计思想 (8) 2 硬件设计 (8) 3 软件设计 (9) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
绪论 1课题设计目的及意义 1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.2设计的意义 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 2超声波测距仪的设计思路 2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。 表1-1 超声波波速与温度的关系表
毕业设计（论文） 题目超声波无损检测技术 的理论研究 系（院）物理与电子科学系 专业电子信息科学与技术 班级2006级4班 学生姓名李荣 学号2006080927 指导教师吴新华 职称讲师 二〇一〇年六月十八日
独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日
超声波无损检测技术的理论研究 摘要 本文首先针对波无损检测技术进行理论研究，简明扼要的介绍了超声波无损检测技术的研究意义和发展现状,超声波无损检测技术是当前一种较为先进的检测技术,应用领域更广,适用范围更宽。然后细致的分析了超声波无损检测技术的工作原理特性，基于超声波的优良特性，和传播机理，进行器件或工程的无损检测，并分析了超声波无损检测系统的噪声干扰来源，提出了降低噪声的方法。尝试用计算机模拟系统通过仿真软件来处理超声波无损检测过程中的庞大的数据信息。直观准确地定位缺陷的位置和类型。最后介绍了超声波在无损检测领域的两种典型应用，建筑方面，可以通过超声探头，利用声波的反射的折射来检测混凝土路基的厚度，电力系统方面，利用超声波无损检测技术确定次绝缘子的寿命定位绝缘子中缺陷的类型的具体位置，快速有效的解除安全隐患。 关键词：超声波；无损检测；计算机仿真；瓷绝缘子
1 绪论 1.1 超声波技术的广泛应用 超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。 材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。 超声波方法在某些方面具有突出的优点： （1）超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)； （2）对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；