是无害的基本上恒定的速度。通常在室温下(即 20 摄氏度)超声波在空气中的传播速 度和声音是一样的,都是 334 米/秒,但是超声波在空气中的传播速度 V 易受空气温度, 湿度,压力等很多因素的影响,其中影响最大的就是温度了,因为空气受温度热胀冷缩 的影响较大,而机械波的传播速度很大程度和密度有关,大家都知道初中物理学过密度
高的介质机械波传播速度越高。温度每升高 1℃,速度大约 0.6 米/秒的声音增加。如 果需要很高精度的测距离,应当有一定的温度补偿方法(此系统就是利用温度补偿法) 校正。已知要测物当环境温度为 T 时,超声波在空气中的传播速度 V 的计算公式为:V = 331.45 + 0.607T 。而在此设计中因为温度补偿太过复杂,并没有加入温度补偿。
3 超声波的特点和传播特性
1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中。
2)超声波可以在各种不同的介质中传播,并可以传播足够远。
3) 超声波与传输介质的相互作用,在介质中有较好的传播效果,并且能直线传播, 抗干扰能力较强。
4) 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等多种状态介质中有效传播。
5) 超声波可传递很强的能量。
6) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波作为一种机械波,就会受温度等的影响,而我们在测量中会遇到各种不同
的温度的影响,这会导致一定的误差,超声波传播在空气中传播速度的随温度变化如下 表所示。
在实际使用过程中,温度变化的不是很大的时候,可以近似为超声波的速度是不 变的,声速取 340m/s。如果测量精度要求很高,就要把温度补偿算上,通过一定的算 法实现温度补偿,从而提高精确度。但是由于正常使用不用这么高的精度,这个可以不 考虑。文献综述
4 系统方案
本设计的总体设计的系统框图如图 4.1 所示。
系统组成结构框图
这个设计是通过 keil 进行编程的,首先通过 51 单片机的 p0.1 口产生 40k 赫兹的 产生的超声波并且通过 74LS04 电路放大,送至超声波发射装置,超声波发射装置发射 超声波时同时启动中断定时器,因为单片机有计时功能 ,可以计算出超声波发射到接收 的时间。在接收装置接收反射回的超声波时,接收电路就会输出中断申请,单片机响应, 计时停止。通过这个计算出距离。
从各个方面考虑,为满足设计要求,参考了很多的相关资料,最终还是采用了 TR40-16Q 超声波传感器(T 为超声波发射端,R 为超声波接收端),由于设计要尽量地 简便,因此选用了超声波集成模块。这个模块测量可以达到 5 米, 并且精度也很高, 但是也存在一定的盲区,大概为 8 厘米,所以加入了蜂鸣器 ,如果是测量盲区就会报警。 超声波的发射角度也比较低,更能够提高测量的准确性。源.自/优尔·论\文'网·www.youerw.com/
因为超声波发射和接收并不是在一起的,要想很好地接收反射回来的超声波,就 必须要保证两个端口保持水平。由于超声波发射是发散的,在空气中传播会有一定的衰 减,因此发射端口与接收端口的距离不能太大,但是如果两者之间距离太小则会相互干 扰,因此也不能够太近。经过参考大量的资料,得出两者之间的距离在 5 cm 到 8 cm 最 为合适。