第九组超声波测距无线接收系统实验报告

第九组超声波测距无线接收系统实验报告
第九组超声波测距无线接收系统实验报告

超声测距无线接收系统

本系统利用声波反射原理,以MSPF449单片机作为控制核心,实现超声波的发射和接收,同时控制步进电机的转动,在四十五度的范围内搜索物体并通过无线收发模块RF905进行数据的传输。最后在液晶显示屏上显示所测物体的实际距离和角度。

关键字:MSPF449单片机步进电机RF905 超声波

目录

一、系统方案与论证 (1)

1、系统总体方案设计 (1)

2、方案设计与论证 (1)

2.140KHZ超声波波的产生 (1)

2.2超声波驱动电路 (1)

2.3声波传播的距离测量 (2)

2.4电机选择 (2)

2.5无线收发模块 (2)

2.6电源模块选择 (2)

二、系统硬件设计 (2)

1、超声波发射电路 (2)

2、超声波接收电路 (3)

3、电机驱动模块电路 (3)

4、无线收发模块 (4)

三、系统软件设计 (5)

1、软件流程图: (5)

四、系统测试与分析 (5)

五、总结分析 (6)

六、参考文献 (6)

一、系统方案与论证

1、系统总体方案设计

本系统主要分为超声波发射模块,接收模块,电机模块,无线收发模块,

电源模块和液晶显示模块。总体设计框图如图1.1.1所示:

2、方案设计与论证

2.1 40KHZ 超声波波的产生

方案一:由非门进行振荡产生40kHz 载波信号,此方案信号比较稳定,但需要特定频率的晶振,还可能需要分频电路,实现起来较为麻烦。

方案二:直接从FPGA 分频得到40kHz 的方波发射信号,但增加了成本,浪费了资源。

方案三:由NE555产生一个稳定的40kHz 载波信号,并由单片机控制它以产生间歇的发射波,此方法实现起来比较简单而且稳定。我们采用了此方案。

2.2超声波驱动电路

方案一:采用三极管放大,由于实验要求最远要达到3m ,而采用三极管放大,发射功率有限,只能勉强测到1.4m 。故本方案不可取。

方案二:利用反相器采用用推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端以提高超声波的发射强度,发现电压不够,驱动很小。

方案三:采用max232来驱动,电路的前级用74HC14N 非门输出正反相的40KHz 方波信号驱动MAX232后实现从TTL 电平到RS232电平的DC-DC 转换,输出+/-9V 的电压方波,电压差达到18v ,驱动超声波换能器,发射强度不错,我们采用了此方案。

2.3声波传播的距离测量

方案一:幅值检测法由于在发射功率一定的情况下,回射波幅值随测量距离的增大而衰减,且其幅值与距离基本成线性关系,于是我们可以检测回射波的幅值而计算出超声波经过的距离。这种方法中回射波幅值的大小将直接决定测量的精度,对硬件电路的要求非常高,因此该方案只适合粗略测量,精度很难达到题目中的要求。

方案二:度越时间检测法检测超声波从发射器发出到接收器接收的时间,即度越时间。度越时间与超声波在气体中传播速度相乘即得反射信号的

大小,只检测反射信号的有无,这一方案将使硬件电路得到大大简化。

且系统误差也可以在软件中方便地进行修正。对比此两方案,我们采用后者。

2.4电机选择

方案一:采用直流电机。直流电机的转动方向和转速取决于直流电压大和电压极性。但直流电机需进行闭环控制,控制复杂。

方案二:采用步进电机。步进电机的转速、转角取决于脉冲信号的频率和脉冲个数,通过改变所加的脉冲频率和脉冲个数可以改变电机的转速和转角,在此次设计中要求电机角度精确转动,故选用步进电机。

2.5无线收发模块

选用RF905作为无线收发进行数据的传送。

2.6电源模块选择

由于本题的限制,只能用电池供电。

二、系统硬件设计

1、超声波发射电路

发射部分由NE555产生40khz的方波,采用基于MAX232的方波发射电路,电路的前级用74HC14N非门输出正反相的40KHz方波信号驱动MAX232后实现从TTL电平到RS232电平的DC-DC转换,输出+/-9V的电压方波,驱动超声波换能器,电路图如下图2所示。由于发射到换能器的电压高,波形完整,因此可以达到很高的发射功率与效率,可以测量到比较远的距离,同时用这个电路发射方波,电路工作稳定,电路功耗很小,也适合单电源供电。所以我们采用这个

方案作为发射电路。

图2:基于MAX232的超声波发射电路

2、超声波接收电路

回射波

单片机进行处理。具体电路如下:

3、电机驱动模块电路

考虑到本系统要精确地测量角度,并且转速不宜过快且要尽量减小由于电机

抖动而使发射和接受产生误差本系统产用的是THB7128作为步进电机的驱动电路,通过对细分系数的控制可以平缓地控制电机转动。电路如下图所示:

4、无线收发模块

无线收发产用的是nRF905模块,VCC脚接电压范围为3v——3.6v之间,不能在这个区间之外,各个引脚通过与单片机的引脚对应,并进行相关的寄存器配置就可以进行无线通信。

三、系统软件设计

1、软件流程图:

四、系统测试与分析

是很稳定,会出现时有时无的情况,可能还是发射功率不够。还有斜角度检测灵敏度会较低很多,主要还是由于反射回来的波信号太弱,降低了灵敏度。偏转角度检测时,由于电机抖动得比较厉害,对超声波的发射影响较大,所以角度误差比较大。

五、总结分析

1.超声波是一个注重硬件的项目,特别是发射这块,试了许多方法,但发射功率总是提不上去,自然测的距离就不够远。主要还是对超声波发射原理不够理解,发射功率主要和电压有关,最后通过用max232提高电压,从而提高了功率。

2.软件方面就是准确的控制发射接收的时间差,需要调试时确定,以便消除发射出来就被接受的现象。

六、参考文献

[1]谢自美电子电路设计、试验、测试.武汉:华中科技大学出版社

[2]沈建华杨艳琴 MSP430单片机C程序设计与实践北京航空航天出版社

[3]黄根春周立青全国大学生电子设计竞赛教程电子工业出版社

基于单片机的超声波测距系统设计实验报告 - 重

指导教师评定成绩: 审定成绩: 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目:基于单片机的超声波测距系统设计 单位(二级学院): 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 负责项目: 设计时间:二〇一四年五月 自动化学院制

目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一:总体电路图 (18) 附录二:系统源代码 (18)

一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心,控制超声波测距系统; 2、测量范围为:2cm~4m,测量精度:1cm; 3、通过键盘电路设置报警距离,测出的距离通过显示电路显示出来; 4、当所测距离小于报警距离时,声光报警装置报警加以提示; 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码,并制作实物。

摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点,在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点,在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理,以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理,通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计,由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机,经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词:STC89C52单片机; HC-SR04;超声波测距

声速测量实验报告

大学物理实验课教案 俸永格(136********) 教学题目:声速的测量 教学对象:10级电子信息班、10动医学班、10级农机班、10级植保班。授课地点:海南大学基础实验楼2610室。 教学重点:让学生了解测量超声波在媒介中传播速度的实验设计思想和实验方法。 教学难点:让学生熟练掌握双踪示波器、SV5/7测试仪、SV8信号源的协调使用并完成两正交信号相位差的多次测量。 一实验目的: (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解, (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度, (3)了解压电换能器的工作原理,进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器: GW-680双踪示波器一台,SV8信号发生器一台,SV7测试仪一台,同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×104Hz的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形,其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)

间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量,结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ×f λ=2X v = 2X×f 原理图示1(驻波法原理图) (二)相位法测量声速基本原理 请同学们自行完成!要求体现以下两个方面的内容! (1)简谐振动正交合成的基本原理, (2)利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。 四实验内容与步骤 (一)驻波法测声速 实验连线图示1(驻波法) (1)了解测试仪的基本结构,调节两个换能器的间距5cm左右。 (2)初始化示波器面板获得扫描线。 (3)按图示1正确连线,将示波器的扫描灵敏度与通道1垂直灵敏度旋钮分别调至适当档位,缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置

超声波测距仪硬件电路的设计

超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的:了解超声波测距仪的原理,掌握焊接方法,掌握电路串接方法,熟悉电路元件。 实验设备及器材:电烙铁,锡线,电路元件 实验步骤:1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序: #include unsigned char code dispbitcode[]={0x31,0x32,0x34,0x38,0x30,0x30, 0x30,0x30}; unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x77,0x7c,0x 39}; unsigned char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,10,0,0}; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; unsigned int temp1;

unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }

声速测定实验报告

【实验目的】 1.了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。 2.学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。 3.通过用时差法对多种介质的测量,了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。 【实验原理】 在波动过程中波速V 、波长λ和频率f 之间存在着下列关系:λ?=f V ,实验中可通过测定声波的波长λ和频率f 来求得声速V 。常用的方法有共振干涉法与相位比较法。 声波传播的距离L 与传播的时间t 存在下列关系:t V L ?= ,只要测出L 和t 就可测出声波传播的速度V ,这就是时差法测量声速的原理。 1.共振干涉法(驻波法)测量声速的原理: 当二束幅度相同,方向相反的声波相交时,产生干涉现象,出现驻波。对于波束1:)/X 2t cos(A F 1λ?π-ω?=、波束2:()λ?π+ω?=/X 2t cos A F 2,当它们相交会时,叠加后的波形成波束3:()t cos /X 2cos A 2F 3ω?λ?π?=,这里ω为声波的角频率,t 为经过的时间,X 为经过的距离。由此可见,叠加后的声波幅度,随距离按()λ?π/X 2cos 变化。如图28.1所示。 压电瓷换能器1S 作为声波发射器,它由信号源供给频率为数千周的交流电信号,由逆压电效应发出一平面超声波;而换能器2S 则作为声波的接收器,正压电效应将接收到的声压转换成电信号,该信号输入示波器,我们在示波器上可看到一组由声压信号产生的正弦波形。声源1S 发出的声波,经介质传播到2S ,在接收声波信号的同时反射部分声波信号,如果接收面(2S )与发射面(1S )严格平行,入射波即在接收面上垂直反射,入射波与发射波相干涉形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器2S 处的振动情况。移动2S 位置(即改变1S 与2S 之间的距离),你从示波器显示上会发现当2S 在某些位置时振幅有最小值或最大值。根据波的干涉理论可以知道:任何二相邻的振幅最

PLC超声波测距实验报告082039140程稳

利用plc的高速计数模块进行超声波测距实验 ―――――微型控制计算机暑期设计实验报告 082039140程稳 利用51单片机来驱动超声波模块测距,是一件很容易的事,只需要结合定时中断和外部中断,利用12M或更高的晶振频率即可精确获取从发射到接收到超声波之间的时间,平均1ms对应 3.4cm的行程,本GE比赛设计需要物位测量的最大距离是30cm,即需要30*2/3.4=17.64ms,而GE PAC RX3i的PME软件梯形图程序得扫描周期2ms以上,就算是最快的定时节点也有1ms,所以若直接用PLC的普通离散量输入模块IC694MDL654输入节点来测量接收到超声波回波的时间的误差为1ms,误差距离3.4/2=1.7cm,结果自然不理想,更严重的问题在于PLC该模块无硬件中断响应功能,是不能测电平宽度的。总之PLC的IO口工作在低速模式下是难以胜任高速测量任务的,但可喜的是GE PLC 的高速计数模块HSC304能处理2MHZ的信号,但仍无硬件中断功能。于是想能否干脆把单片机测出的电平时间数据通过串口发送给PLC,我也试着这样连线测试,不过PLC串口的使用不像单片机这么简单,没有相关资料,PLC内部寄存器找不到PLC从单片机接收的数据。于是仍决定放弃此方案,回到高速计数模块。再认真阅读此模块配置信息和实验调试后,发现其可以测量出外部信号频率,于是想既然PLC无法直接测电平宽度,那干嘛不测量频率,有了频率自然有周期,有周期自然有电平宽度!

利用plc的高速计数模块检测超声波测距仪的信号接收端的频率,正常情况下应使用频率直接求得周期接而来计算时间,但由于实际测得这样根本很难实现,所以直接测频率,并利用示波器查看该频率的波形,并修改程序使得在所测距离变化的情况下,一周期内的低电平保持不变(高电平所持续的时间表示超声波从发出到接收到所经历的时间,低电平是延时,为了使得波形正常),然后测出频率及其所对应的距离。 以下是用虚拟示波器测出的超声波模块在不同距离测量回波接收脚电压波形:

超声波测距电路图

超声波测距电路图 超声波测距电路原理和制作 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,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,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的距离信息(距离和方向)。本文所介绍的三方向(前、左、右)超声波测距系统,就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。 二、超声波测距原理 1、超声波发生器 为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,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、磁致伸缩型和电动型等;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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。

2、压电式超声波发生器原理 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1所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电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。 3、超声波测距原理 超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2 图1 超声波传感器结构 这就是所谓的时间差测距法。 < 三、超声波测距系统的电路设计 图2 超声波测距电路原理图

声速测量实验报告

声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【实验原理】 声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为: 可见,只要测出声波的频率f和波长 ,即可求出声速。f可由声源的振动频率得到,因此,实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点,实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法(共振干涉法) 如右图所示,实验时将信号发生器输出的 正弦电压信号接到发射超声换能器上,超声发 射换能器通过电声转换,将电压信号变为超声 波,以超声波形式发射出去。接收换能器通过 声电转换,将声波信号变为电压信号后,送入示波器观察。 由声波传播理论可知,从发射换能器发出一定频率的平面声波,经过空气传播,到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行,即入射波在接收面上垂直反射,入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时,两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中,波腹处声压(空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强)最小,而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时,声压效应最大,经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值,所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。 移动卡尺游标,改变两只换能器端面的距离,在一系列特定的距离上,媒质中将出现稳定的驻波共振现象,此时,两换能器间的距离等于半波长的整数倍,只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化,记录下相邻两次出现最大电压数值时(即接收器位于

基于单片机的超声波测距系统实验报告

基于单片机的超声波测距系统实验报告

一、实验目的 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; 3.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; 4.以数字的形式显示所测量的距离; 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料,确定系统的总体设计方案,设计出系 统框图; 2.决定各项参数所需要的硬件设施,完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证; 4.对单元模块进行整合,整体调试; 5.完成原理图设计和硬件制作; 6.编写程序和整体调试电路; 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 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S=Ct/2,式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关。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。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理,单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 (一)超声波模块原理: 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块,该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理:采用 IO 口 TRIG 触发测距,给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波,自动检测是否有信号返回;有信号返回,通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源,GND 为地线,TRIG 触发控制信号输入,ECHO 回响信号输出等四支线。

超声波测距电路图

超声波测距电路图超声波测距电路原理和制作 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,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,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的距离信息(距离和方向)。本文所介绍的三方向(前、左、右)超声波测距系统,就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。 二、超声波测距原理 1、超声波发生器 为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,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、磁致伸缩型和电动型等;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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2、压电式超声波发生器原理

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1所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电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。 3、超声波测距原理 超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2 图1 超声波传感器结构 这就是所谓的时间差测距法。< 三、超声波测距系统的电路设计 图2 超声波测距电路原理图 本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时,单片机选用8751,经济易用,且片内有4K的ROM,便于编程。电路原理图如图2所示。其中只画出前方测距电路的接线图,左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同,故省略之。

声速的测定实验报告

声速的测定实验报告 1、实验目的 (1)学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 (2)进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 (3)学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3.1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ,即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3.2 实验方法 3.2.1 驻波共振法(简称驻波法) S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时,此驻波的振幅才达到最大值,此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关,还取决于边界条件,在声速实验中, S 1、S 2即为两边界,且必定是波节,其间可以有任意个波节,所以驻波的共振条件为: Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ (1) 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时,驻波系统处于共振状态,驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足(1)式时,驻波系统偏离共振状态,驻波振幅随之减小。 移动S 2,可以连续地改变L 的大小。由式(1)可知,任意两个相邻共振状态之间,即 S 2所移过的距离为: () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n (2) 可见,示波器上信号幅度每一次周期性变化,相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得,频率可由低频信号发生器上的频率计读得,根据f V ?=λ,就 可求出声速。 3.2.2 两个相互垂直谐振动的合成法(简称相位法) 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为: ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X (5) 在一般情况下,此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时,由(5)式,得 x A A y 12=,即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)

摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串,然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波,同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离,显示当前距离与温度,按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在生产生活中得到广泛的应用,例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词:超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪,实现以下功能: (1)测量距离要求不低于2米; (2)测量精度±1cm; (3)超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应,将机械能与电能相互转换,并利用波的特性,实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,与环境条件也有关: 在气体中,超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关,在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中,t为环境温度,单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 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。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电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。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在空气中传播的距离较远,因而超声波

stm32超声波测距汇总

嵌入式系统及应用开放性实验报告 Stm32 HC-SR04超声波测距

第一章绪论 1.1STM32超声波测距系统 1.1.1 HC-SR04超声波测距模块简介 HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 使用电压:DC---5V 静态电流:小于2mA 电平输出:高5V 低0V 感应角度:不大于15度 探测距离:2cm-450cm 高精度:可达3mm 1.1.2 HC-SR04超声波测距模块原理 采用IO 口TRIG 触发测距,给TRIG至少10us 的高电平信号; 模块自动发送8个40khz 的方波,自动检测是否有信号返回; 有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超 声波从发射到返回的时间。 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; T(℃)={(V25-Vsense)/Avg_Slope}+25 V25=Vsense 在25 度时的数值(典型值为: 1.43)。 Avg_Slope=温度与Vsense 曲线的平均斜率(单位为mv/℃或uv/℃)(典型值为4.3Mv/℃)。 利用以上公式,我们就可以方便的计算出当前物体超声波模块之间的距离。 程序中使用: 测试距离=高电平时间*声速(340M/S))/2 这个公式 1.2 设计要求 使用ARM开发板上硬件资源与超声波模块结合,编程实现实时距离显示功能,通过数码管实时显示距离,并在距离小于设定报警距离时使用蜂鸣器报警。1.3 总体设计方案及框图

1.3.1 距离测量及获取方法 通过设置定时器,开启中断,读取ECHO 输出高电平的持续时间,计算结果 作为当前距离。1.3.2 总体设计方案 实时距离: 本超声波测距系统可实现对距离的实时测量,并不断显示在数码 管上 保持距离: 用户可通过按键使得当前距离值在数码管保持, 也可再次返回对 距离的实时测量,此模式下距离小于报警值不会报警,仅为显示模式。 两种模式相互转换,并且可以在距离保持状态时通过按键进入修改报警距离模式,如果实测距离小于下限值,蜂鸣器报警,当距离大于下限值时,报警自动停止。 1.3.3 程序框图 K5 按下 K6按下 否 是 K7按下 是 否 否 超声波测距数码管显示距离K4是否按下 显示当前距离K7是否按下 开始初始化 数码管及按键扫描 SV++ SV-- K1是否按下

超声波测距实验报告

目录 1、课题设计的目的和意义 (3) 2、课题要求 (3) 2.1、基本功能要求 (3) 2.2、提高要求 (4) 3、重要器件功能介绍 (4) 3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4) 3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5) 3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6) 4、超声波测距原理 (8) 4.1、超声波测距原理图 (8) 4.2、超声波测距的基本原理 (9) 5、硬件系统设计 (10) 5.1、超声波发射单元 (10) 5.2、超声波接收单元 (11)

5.3、显示单元 (11) 5.4、语音单元 (12) 5.5、硬件设计中遇到的难题: (12) 6、系统软件设计 (14) 7、调试与分析 (15) 7.1调试 (15) 7.2误差分析 (15) 8、总结 (16) 9、附件 (17) 9.1、总电路 (17) 9.2、主要程序 (18) 10、参考文献 (22)

1课题设计的目的及意义 随着科学技术的快速发展,超声波在测距仪中的应用越来越广,但就目前技术水平而言,人们可以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,超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间,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:研究具体的高定位精度的被动测距声纳,以满足军事和渔业等的发展需求,实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑,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。 超声波测距在某些场合有着显著的优点,因为这种方法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,因此它是一种非接触式的测量,所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。 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,最注重发展到具有创造力。在新的时代,测距仪将发挥更大的作用。 2课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元,配以超声波发射、接收装置,实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号,并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间,计算出发射点距障碍物的距离,设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统,利用单片机进行操作控制,用数码管作输出显示,设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。

基于单片机的超声波测距仪设计

基于单片机的超声波测距仪设计

基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1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 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 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。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256 B的RAM,2个16b的定时/计数器TO和T1,4个8 b的工/O端I:IP0,

声速测量实验报告.doc

声速测量实验报告 只有通过实验才能知道结果,那么,下面是我给大家整理收集的声速测量实验报告,供大家阅读参考。 声速测量实验报告1 实验目的:测量声音在空气中的传播速度。 实验器材:温度计、卷尺、秒表。 实验地点:平遥县状元桥东。 实验人员:爱物学理小组 实验分工:张x——测量时间 张x——发声 贾x——测温 实验过程: 1 测量一段开阔地长; 2 测量人在两端准备; 3 计时员挥手致意,发声人准备发声; 4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止) 5 多测几次,记录数据。 实验结果: 时间17∶30 温度21℃

发声时间 0.26″ 发声距离 93m 实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s. 实验反思:有一定误差,卡表不够准确。 声速测量实验报告2 一实验目的: (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解, (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度, (3)了解压电换能器的工作原理,进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器: 双踪示波器一台,信号发生器一台,测试仪一台,同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×10Hz 的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形,其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量,结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ × f λ=2X v = 2X × f

超声波模块实验报告

超声波模块编程控制 实验报告 院、系机械与电气工程学院 专业班级机械125班第五组 姓名李泉军同组人赵凯,徐思琪,郭明开,韦耀辰

实验日期2014 年11 月21 日 一、实验原理 通过超声波发射装置发出超声波,根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。(超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2) 二、超声波工作原理简介 (1) 采用IO口TRIG触发测距,给至少10us的高电平信号; (2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回; (3)有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; 本模块使用方法简单,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,即可以达到你移动测量的值

三、系统硬件电路图及实物照片 超声波测距电路图 显示距离10cm

四、系统软件程序流程图及程序清单

N Y Y Y N N Y Y 程序清单: //晶振9.6MHZ ,默认8分频,计时步距8/9.6=0.833333us #include #include] ‘开始 初始化IO 口,初始化中断(上升沿触发) PB2口激活超声波模块 检测Echo 回响信号 INT0上升沿引发了中断? INT0下降引发了中断? 设为下降沿触发中断,打开定时器(64分频,普通模式) PB1是否为 高电平? PB1是否为低电平? 设为上升沿触发中断, 关闭定时器,读取 TCNT0的值 TCNT0清零 计算距离(单位:厘米) 采用5161BS 数码管串联 显示两位数

声速的测量实验报告

声速的测量实验报告 声速的测量实验报告 1 实验目的:测量声音在空气中的传播速度。 实验器材:温度计、卷尺、秒表。 实验地点:平遥县状元桥东。 实验人员:爱物学理小组 实验分工:张灏、成立敬测量时间 张海涛发声 贾兴藩测温 实验过程: 1 测量一段开阔地长; 2 测量人在两端准备; 3 计时员挥手致意,发声人准备发声; 4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止) 5 多测几次,记录数据。 实验结果: 时间 17∶30 温度 21℃ 发声时间 0.26 发声距离 93m 实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s. 实验反思:有一定误差,卡表不够准确。

声速的测量实验报告2 实验目的: 1)探究影响声速的因素,超声波产生和接收的原理。 2)学习、掌握空气中声速的测量方法 3)了解、实践液体、固体中的声速测量方法。 4)三种声速测量方法作初步的比较研究。 实验仪器: 1)超声波发射器 2)超声波探测器 3)平移与位置显示部件。 4)信号发生器: 5)示波器 实验原理: 1)空气中: a.在理想气体中声波的传播速度为 v88 (式中8088cp cV (1) 称为质量热容比,也称比热[容]比,它是气体的质 量定压热容cp与质量定容热容cV的比值;M 是气体的摩尔质量,T是绝对温度,R=8.314472(11.710-6)Jmol-1K-1为摩尔气体常量。) 标准干燥空气的平均摩尔质量为Mst =28.9668710-3kg/mol b.在标准状态下(T088273.15 K,p88101.388kPa),干燥空气中的声速 为v0=331.5m/s。在室温t℃下,干燥空气中的声速为 v88v0 (2)

超声波测距仪设计实验报告

超声波测距仪设计实验报告 课题设计目的及意义 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。 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现象。城市污水给人们带来了困扰,因此箱涵的排污疏通对大城市 给排水系统污水处理,人们生活舒适显得非常重要。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。 实验原理 超声波在液体、固体中衰减小、穿透力强、对某些固体、穿透深度能达到几十米的范围;另外,超声波方向性好,能够定向传播。因此,可以作为物体探查和进行测量的可靠手段。 超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波 在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍 物的距离(s),即:s=340t/2。 整体电路设计 整体电路的控制核心为单片机STC89C52。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行 整形及放大,以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接收。 整体结构图包括超声波发射电路,超声波接收电路,单片机电路,显示电路和语音提示电路等 几部分模块组成。而超声波发射与接收电路还要加入放大电路。在发射后把信号放大,接收 前也要把还再次放大。 整体电路结构图如图4-1。

超声波测速

12 =12×s=0.4s= =9×s=0.3s=vt -t+t v==17.9m/s. 超声波测速 超声波测速 适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量,超声多普勒法只是其中一种,还有频差法和时差法等等。 时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下,由于声速参加运算(作为分母,公式不好写,我积分不够没法贴图),而声速收温度的影响变化较大,所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。 频差法是时差法的改进,可以把分母上的声速转换到分子上,然后在求差过程中约掉,这就可以避开声速随温度变化的影响,但测频由于存在正负1误差,对于精度高的地方,需要高速计数器。 还有就是回鸣法了,可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。 以上这些东东都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。 根据声学多普勒效应,当向移动物体发射频率为F的连续超声波时,被移动物体反射的超声波频率为f,f 与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知,就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。 设超声波速度为V两次发出超声波的时间间隔为T第一次用时为T1第二次为T2则车速为V1=V×(T2-T1)/T(以上数据均可测出) 超声波测速仪测量车速,图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号,n1,n2... 如图所示,图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图,测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和接收到的信号间的时间差测出被测物体的速度。图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号,N1、N2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描,

声速的测量实验报告.doc

声速的测量实验报告 不会写声速的测量实验报告的朋友,下面请看我给大家整理收集的声速的测量实验报告,仅供参考。 声速的测量实验报告1 实验目的:测量声音在空气中的传播速度。 实验器材:温度计、卷尺、秒表。 实验地点:平遥县状元桥东。 实验人员:爱物学理小组 实验分工:张灏、成立敬——测量时间 张海涛——发声 贾兴藩——测温 实验过程: 1 测量一段开阔地长; 2 测量人在两端准备; 3 计时员挥手致意,发声人准备发声; 4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止) 5 多测几次,记录数据。 实验结果: 时间17∶30 温度21℃

发声时间 0.26″ 发声距离 93m 实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s. 实验反思:有一定误差,卡表不够准确。 声速的测量实验报告2 实验目的: 1)探究影响声速的因素,超声波产生和接收的原理。 2)学习、掌握空气中声速的测量方法 3)了解、实践液体、固体中的声速测量方法。 4)三种声速测量方法作初步的比较研究。 实验仪器: 1)超声波发射器 2)超声波探测器 3)平移与位置显示部件。 4)信号发生器: 5)示波器 实验原理: 1)空气中: a.在理想气体中声波的传播速度为 v88 (式中8088cp cV (1) 称为质量热容比,也称"比热[容]比",它是气体的质 量定压热容cp与质量定容热容cV的比值;M 是气体的摩尔质量,T 是绝对温度,R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1为摩尔气体常量。)

标准干燥空气的平均摩尔质量为Mst =28.966�8�710-3kg/mol b.在标准状态下 (T0�8�8273.15 K,p�8�8101.3�8�8kPa),干燥空气中的声速 为v0=331.5m/s。在室温t℃下,干燥空气中的声速为 v88v0 (2) (T0=273.15K) c.然而实际空气总会有一些水蒸气。当空气中的相对湿度为r时,若气温为t℃时饱和蒸气压为pS,则水汽分压为rps。经过对空气平均摩尔质量 M 和质量热容比8�0 的修正,在温度为t、相对湿度为r 的空气中,声速为 (在北京大气压可近似取p�8�4 101kPa;相对湿度r 可从干湿温度计上读出。温度t℃时的饱和水汽压ps可用 lgps�8�810.286�8�2 d.式(3)的计算结果与实际的超声声速真值可能有一定偏差。 引起偏差的原因有: ~状态参量的测量误差 ~理想气体理论公式的近似性 实验方法: A. 脉冲法:利用声波传播时间与传播距离计算声速 实验中用脉冲法测量,具体测量从脉冲声源(声发射器)到声探测器

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