武汉理工大学
基于LM1812的简易水下超声波测距装置
设计报告书
自动化学院
电气1007班陈皓
一、 设计任务与要求
1.1设计任务
（1） 了解超声波测距原理。
（2） 根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。
1.2设计要求
（1） 设计出超声波测距仪的硬件结构电路。
（2） 对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。
（3） 对设计的电路进行分析。
（4） 以数字的形式显示测量距离。
（5） 要求超声波测距仪能在水下工作。
二、 设计思路
2.1系统整体方案的设计
由于超声波指向性强，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。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。
超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
2.3超声波测距原理
发射器发出的超声波以速度υ在水中传播，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，因此会产生一定的测量误差。在各种因素中，温度对声速影响最大，每升高1℃，水中声速大约增大4.6米／秒。一般认为，在20℃时，纯水中的声速是1482.9米／秒，海水中的声速是1500米／秒，约是大气中声速的4.5倍。
2.4原理框图
单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。
超声波 测距 原理
超声波测距是一种利用超声波的特性来测量距离的技术。其原理基于超声波在空气中传播的速度固定，并且当超声波遇到物体表面时会发生反射。利用超声波发射器发出的超声波经过发射器和物体之间距离的时间差可以计算出物体与发射器之间的距离。
超声波测距装置主要由超声波传感器、脉冲发生器、计时器和显示器等组成。首先，脉冲发生器会生成一个短脉冲信号，这个信号会被超声波传感器转化为超声波信号并发射出去。当超声波遇到物体时，一部分被物体吸收，一部分被物体反射回来，被超声波传感器接收到。
超声波传感器会将接收到的超声波信号转化为电信号，并传送给计时器。计时器记录下发射超声波和接收到反射超声波之间的时间差，然后根据超声波在空气中的传播速度来计算出物体与传感器之间的距离。最后，测量结果会通过显示器显示出来。
超声波测距技术广泛应用于工业领域中，如测量物体的距离、液位、宽度等。其优点包括测距精度高、测量范围广、无需直接接触被测物体等。然而，超声波测距也存在一些局限性，比如受到物体表面形状和材料的影响，对于某些特殊材料的测量可能不太准确。因此，在具体应用中需要根据实际情况选择合适的测距技术。
超声波及其应用
人耳最高只能感觉到大约 20000 hz 的声波，频率更高的声波就是超声波了.超声波广泛地应用在多种技术中.
超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播.它的应用就是按照这两个特点展开的.
理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比.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的湿度.这就是超声波加湿器的原理.对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位.利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效.利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎.
金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净.
俗话说“隔墙有耳”，这说明声波能够绕过障碍物.但是，波长越短，这种绕射现象越不明显，因此，超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射.如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了.这种仪器叫做声纳.声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度.
根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹.
人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的“b超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变.
有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官.以昆虫为食的编幅，视觉很差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物.海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置.现代的无线电定位器——雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器.深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学。
超声波检测报告
报告编号： 1 出厂编号/设备注册代码：1
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工件名称 T型试块 坡口型式 K型
焊接方法 双面焊双面成型 探头尺寸（mm） 34*9（前沿9.5）
检测仪器型号 HS510 评定灵敏度 DAC-14dB
探头型号 2.5P10*16K2.5 H1014 耦合剂 煤油
试块型号 RB-2 检测比例 1：1
传输损失 0.3dB 检测标准 GB11345-89
材质衰减 0.235dB/mm 合格级别 C
检测部位示意图：
超声波检测结果评定表
缺陷编号 缺陷位置(mm)X 缺陷埋藏深度(mm) 缺陷指示长度(mm) 缺陷反射
波高（dB） 评定级别 备注
X Y
1 3 -7.5 21.0 26 SL+9.1 IV
2 77 -7.5 22.9 12.5 SL+5.0 I
3 106 -7.5 24.0 12 SL+7.9 IV
4 128 -7.6 21.6 30 SL+7.0 IV
5 161 -8.2 21.8 15 SL+2.0 I
6 199 -8.0 24.3 27 SL+2.0 III
7 241 -6.9 19.8 16 SL+9.0 IV
8 翼板焊缝区域 38-40 260 大于100% IV
检测结果: 用斜探头在检测面①和②检到焊缝内部有4处IV级缺陷，用直探头在检测面③检测到几乎整条焊缝连续未焊透，应予判废。
检 测：XXXXXX X年X月X 日
