2.3 主要内容及思路

本次设计选用的是HC-SR04超声波模块，该模块使用T40-16T/R超声波传感器。根据其原理设计超声波测距系统的硬件结构电路，对设计的电路进行分析能够控制其产生超声波，实现对超声波的发送和接收，从而利用超声波测距的原理来实现对物体间距离的测量。论文网

具体设计包括基于单片机控制超声波发射和接收、液晶屏显示、蜂鸣器和LED进行声光报警电路。

3 超声波测距原理

3.1 超声波简介

3.1.1 什么是超声波

超声波是指人在普通的自然条件下无法用而耳朵听到和感受到的振动，并且频率大于20KHz以上的声波，同时超声波可以作为探索与承载信息的载体或媒介；另外超声波也是一种能量形式，当其强度超过某一确定的值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互影响，相互作用，最后甚至可以破坏后者的状态，性质及结构 。  

3.1.2 超声波的特点

(1) 超声波在传播的过程中和控能量较集中，且方向性强。

(2) 超声波能可以在不限介质中传播，而且传播距离较远。  

(3) 超声波对携带有关传声媒质状态的信息较为容易。

3.1.3 超声波对声场产生的作用  

（1）机械作用  

超声波在传播过程的时候，会影响介质质点的压缩与伸张，这样容易造成压力的变化，在这种情况下将引起机械效应。尽管在超声波引起质点的运动中，它的位移和速度不是很大，但是与超声波振动的频率的平方成正比的质点的加速度却极大，这种效果有时会达到破坏介质的程度。  

（2）空化作用

流体动力学指出，存在于液体中的微气泡，如果在声场的作用下振动，当它的声压达到某一值时，气泡将快速膨胀然后突然闭合，在气泡闭合的同一时间时产生冲击波，这种膨胀、闭合、振动等一系列动力学过程，被我们称为空化。  

（3）热学作用  

在超声波作用于介质时，并且被介质所吸收，这就会产生上能量的吸收。同时超声波由于振动，就会让介质产生强烈的高频振荡，这时候介质相互摩擦产生热量，这种能量使介质温度升高。

3.2 超声波传感器介绍  

一般来说，超声波发生器可以分为两大类，其一是电气方式产生超声波，其二是用机械方式产生超声波。电气方式包括磁致伸缩型、压电型和电动型等；机械方式有液哨、加尔统笛和气流旋笛等。他们所产生的超声波的特性各不不相同，比如频率、功率和声波都有很大的不同，因而在用途方面也不同。目前而言，在现代的社会中，人们较为常用的是压电式超声波发生器。  

事实上，压电式超声波发生器是利用压电晶体的谐振来工作的。它由一个共振板和两个压电晶片构成。当它的两极外加脉冲信号，并且当它的频率等于压电晶片的固有振荡频率时，达到这个条件后，压电晶片将会发生共振的现象，与此同时带动共振板振动，这样便会产生超声波。反之来说，如果两极之间，我们没有外加电压，当共振板接收到超声波时，这时候它将压迫压电晶片作振动，这样的情况下，机械能就会转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。超声波传感器结构如下：

图3-1 超声波传感器的外部结构        图3-2 超声波传感器的内部结构

3.2.1 超声波传感器原理及结构