文献综述
一、引言
伴随着时代的发展我国经济水平的提高，对于先进的技术的需求也越来越多。超声波测距技术在越来越多的领域发挥着作用。如今的石油勘测技术、汽车的倒车报警技术、汽车的维修与检测技术、现代植保机械与施药技术、物体识别、海洋测量等等。由此可见超声波测距的前景还是十分广阔的,这也是选择超声波测距作为我的毕业课题的一个原因。
二、超声波测距原理
超声波是超过人类听力范围的一种特殊的波，同样具有声波传输的最基本的物理特性。超声波测距是一种非接触式的检测方式，与激光测距、红外线测距相比，超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感，对于被测物体处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰大或者有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力，同时超声波还具有指向性强，能量消耗缓慢以及在介质中传播距离远等优点。超声波的工作原理是通过反射来实现的。通过测量发射超声波和遭遇物体反射回来的反射波的时间间隔t，就可以通过公式计算出超声波发射点和观测点之间的距离S，如图1所示。
公式如下：S = 1/2vt
式中v：超声波音速（声速）340m/s t：超声波的时间间隔。
S
三、主要设计
根据罗兆纬的《超声波测距系统设计》、王占选的《具有温度补偿功能的超
声波测距系统设计》文章中所采取的系统整体结构设计，结合实际我的系统由为四部分组成，如图1所示。分别是：数码管显示模块、TMS320F28027DSP芯片、超声波传感器模块、温度传感器模块。TMS320F28027芯片用作控制单元，超声波传感器HC－ SR04 用于超声波的发送以及回波信号的接收，温度传感器DS18B20 用于对外界环境温度的采集，数码管用于对目标与障碍物的距离进行显示。
1.超声波传感器模块
王占选的《具有温度补偿功能的超声波测距系统设计》文章中超声波传感器HC － SＲ04 集超声波的发送和接收功能于一体，可以非常方便地提供 5 ～400 cm范围的非接触式距离感测功能。引脚由上而下依次为电源引脚、超声波发送的触发引脚、回波信号的响应引脚以及接地引脚。触发引脚接收到不低于10 μs 的TTL 高电平信号输入之后传感器会自动发送8 个40 kHz 的方波信号( 超声波) ;有回波信号返回后会从响应引脚输出一个高电平，高电平的持续时间就是超声波从发送到接收时刻之间的时间差。为了保证测量的准确度，要求超声波发送的时间间隔不小于60 ms。设计电路图如下图2、图3所示。
TMS320F28027 / TMSVC5509 1
超声波接收电路的工作原理: 当超声波接收头接收到超声波的回波时，根据压电型探头的原理可知，将在探头引脚两端产生很小的电压信号，通过滤波和放大后可以送给单片机进行处理。超声波接收电路通过采用TL074 完成四级放大，并通过滤波电路滤波，最后将获得的足够高的电平回馈给单片机Em78p153，进行模块的下一步处理。
2.温度传感器
在高美霞的《单片机控制的超声波测距仪的设计》中有这么一段话在测距过程中，由于受温度的影响，不同温度环境中测出的距离有所差异。为此设计数字式温度传感器DS18B20，以减小温度对距离的影响。DS18B20 有许多突出的特性，拥有独特单线接口的方式，通常使用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。DS18B20 采用外部电源供电方式，测温范围－55 ～ 125℃，在－ 10 ～85℃时精度为± 0． 5℃。在实现高精度测温过程中，它的可编程的分辨率为9 ～ 12 位，对应的分辨温度分别为0． 5℃、0． 25℃、0． 125℃和0． 0625℃。另外在王占选的《具有温度补偿功能的超声波测距系统设计》论文中也有这么一段文字是关于温度补偿的方法。零摄氏度下，超声波在空气中的传播速度是331． 4 m/s，由于其速度受到空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大［7］，温度每升高1 ℃，速度就会相应增加约0． 6 m/s，对测距精度要求高的场合需要通过温度补偿的方法对其进行修正。速度与温度的关系式为
c = 331． 4 ×槡1 + T /273≈331． 4 + 0． 607T ( 1)
式中: c 是超声波在空气中的速度，单位是m/s; T 是环境摄氏温度，单位是℃。
本文选用DS18B20 作为温度采集设备，它是Dallas 公司生产的单总线数字温度传感器，具有微型化、低功率、高性能、抗干扰能力强等优点，适合于各种温度测控系统［8］，在－ 10 ～ 85℃范围内的测量误差仅为± 0． 5℃。传感器直接输出的是温度信号数字值，采用单总线技术可以方便的与单片机进行通信。
3.DSP芯片TMS320F28027/TMSVC5509
朱高中《基于DSP超声波测距系统的设计与研究》中所采用的是TMSVC5509数字信号处理器（DSP）为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。TMS320F28027也具有以上的低成本、高精度等特点，而又根据自己的实际需要采用设计决定先采用TMS320F28027。如果后续实际有需求也会采用TMSVC5509型DSP芯片。
4.数码管显示模块
在郁亚男《基于温度补偿功能的超声波测距系统设计》中采用的LCD12864显示模块具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。因此决定采用该液晶显示模块。
四、总结
基于以上阐述，本次模拟设计可以采用LCD12864来完成液晶显示，基于数字型号处理器（DSP），在TMS320F28027的作用下，凭借方便、简捷、易于实时控制的特点，可以实现目标在短距离通过超声波非接触式测量出符合要求的设计。
参考文献
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[2]朱高中基于DSP超声波测距系统的设计与研究：渭南师范学院物理与电气工程学院（陕
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