超声波传感器单片机课程设计
课程设计报告
题 目 超声波测距系统设计
课 程 名 称 单片机原理及应用 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 12电气工程及其自动化（单） 学 生 姓 名 潘成城 学 号 1205202019 课程设计地点 工科楼 C304 课程设计学时 20 指 导 教 师 李国利
金陵科技学院教务处制
成绩
目录
一、概述 (3)
1.1课程设计应达到的目的 (4)
1.2 超声波测距系统设计 (4)
二、总体设计方案及说明 (4)
2.1系统总体设计思路 (4)
2.2系统总体设计框图 (5)
三、系统硬件电路设计 (5)
3.1 单片机的最小系统 (6)
3.1.1AT89C51单片机的功能与特点 (6)
3.2系统原理分析 (6)
3.2.1超声波测距原理 (6)
3.3 超声波传感器检测电路 (6)
3.3.1超声波检测电路图 (7)
3.3.2 超声波发生及感应过程 (7)
3.4 超声波测距接收 (7)
3.4.1 HC-SR04模块 (7)
3.4.2 T40、R40超声波传感装置介绍 (7)
3.5 SCM1602显示模块 (9)
四、系统软件部分设计 (11)
4.1 软件流程图 (11)
4.1.1主程序流程图 (11)
4.1.2超声波发生子程序 (11)
4.2 系统源程序 (12)
五、系统仿真过程与结果 (13)
5.1 Proteus仿真软件 (14)
5.2仿真编译过程 (14)
5.3仿真效果图 (15)
六、实物展示 (16)
6.1实物元件与过程 (16)
6.2实物运行与调试 (15)
6.3实物总结 (15)
七、总结 (18)
八、参考文献 (19)
附录，原理图 (20)
摘要
本设计采用了AT89C51作为中心处理器，HC-SR04模块进行超声波方面的发生与感应。然后介绍了总体的系统设计框图、思路及元件选型。接下来，分硬件和软件两部分进行了设计的分析。硬件方面首先构建了一单片机最小系统，然后集成各芯片完成设计。软件方面通过外部中断，定时器中断等完成开发的子程序的调用。最后重点详细地讲述了关于超声波模块的电路及收发过程。
最后进行了系统仿真，仿真结果表明，所设计的系统能够满足要求。本系统具有成本低，可靠性高和安全实用等特点，广泛应用于社会生活的各个领域。
关键词：AT89C51单片机；超声波模块；最小系统
一、概述
1.1课程设计应达到的目的
通过本课程设计，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，应用程序设计技术，并能结合专业设计简单实用的单片机应用系统。针对课堂重点讲授内容使学生加深对单片机硬件原理的理解及提高C51语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了单片机系统应用平台，提高学生的开发创新能力。
1.2超声波测距系统设计
设计一个基于单片机的超声波测距系统，要求：
（1）系统功能：测距范围：3cm-450cm，通过LCD1602显示距离。
（2）给出系统设计方案，画出硬件连线图，并说明工作原理；
（3）画出程序框图并编写程序。
二、系统总体方案设计
2.1 系统总体设计思路
本设计的构建是基于89C51单片机外围芯片的超声信号检测的。超声波发生模块送出片刻的40KHz的矩形波信号，遇物体反射后，被超声波接收模块接收并作为本设计的Input，单片机对此信号进行判断加工处理后，把计算出的距离结果传到LCD显示屏上，当检测距离小于预设值时报警模块工作。
本设计的硬件部分主要由AT89C51单片机控制模块、超声波发出和接收模块、预警模块以及LCD显示模块等几部分组成。系统的总体结构设计框图如图1.1所示。
本设计的软件部分由C语言编写，程序采用模块化设计思想，将各功能单独程序化成子程序块并进行debug，在完成主程序段的编写和子程序的调用。系统软件部分主要include主程序段、‘delay’子程序块、、超声波发生与感应子程序块等。
2.2 系统总体设计框图
本设计采用AT89C51为控制核心，由电源电路、单片机外围电路、发射电路、接收电路、显示电路、报警电路等部分组成，系统设计框图如图1.1所示。其主要需完成任务是对传感器到障碍物中间的距离的测量及对测出距离的显示以及小于预设值时的报警。
单片机
发射电路
接收电路
显示电路
报警电路
超声波发射换
能器
超声波接收换
能器
障
碍
物
图1.1 系统总体设计框图
三、系统硬件部分设计
3.1单片机最小系统
单片机最小系统：能让单片机regular work的最小硬件单元系统，如图3.4所示。
一般具有:复位circuit;时钟震荡circuit。此外，ISP下载口也belong单片机最小系统。
复位电路如图2.2所示。
图2.2 复位电路图
复位电路可将系统重置至一个已知的状态。从单片机内部来看，复位电路工作后，CPU 将一些厂商早先设定的数载入至寄存器。
该电路的principle是将Capacitance与Resistance接至复位引脚RST，组成Power on reset的功能。当Reset level持续两个machine cycle以上时，reset有效。具体数值需由RC电路计算出time constant t=RC1(t≥10ms)。
复位电路包括Reset button和Power on reset。
（1）Reset button：并联一开关在复位电容上。按下开关，电容释放之前的电量，同时，复位引脚电压的拉高完成Reset。
(2)Power on reset：在RST上外接一个RC充放电导电回路，即加入一个电容（一般
为10uF）串联至电源+5v，再加入一个电阻器（一般为10K）串联至保护地。此外，要保证Reset成功，需使上电时复位引脚有足够时间的high level。
振荡电路如图2.3所示。
图2.3 振荡电路图
振荡电路也叫做晶振电路，任务是为CPU设定时钟频率。单片机运行所有语句的时间都由时钟频率决定。clock frequency越高，CPU运行越快。单片机一般从外部接入时钟频率，典型的clock frequency有11.0592MHz/12MHz。
单片机通常共用一个晶体振荡器来满足各部分同步运行。具体振荡器经常与锁相环回路一起工作，以方便为系统提供clock frequency。
图2.4单片机最小系统
3.1.1 AT89C51单片机的功能与特点
AT89C51是一种具有low voltage、low power consumption且high-performance等优点的八位单片机。其内部的芯片包含了一个8位微处理器、一个二百五十六字节数据存储器及一个四千字节程序存储器。CMOS工艺与UNRAM技术在AT89C51的制作过程中被使用，且它的指令集合和输出引脚都与早期美国INTECo.于1980年研制的MCS-51单片机相兼容。AT89C51因将闪存与8位CPU结合在一个芯片中而成为一款高性能单片机，89LV51
是它的一个低电压版本。AT89C51单片机已成为一种灵活性高、功能强且价格实惠并在各种控制领域被普遍运用的方案。外型及管脚排列如图所示。
功能概述
AT89C51 含满足国标的功能：片内振荡器及时钟发生电路、4KB程序存储器Flash ROM （保留表格、数据及程序）、256B数据存储器RAM/SFR（保留可以READ/WRITE的数据）、两个16位定时/计数器、四个8位I/O 口线、一个五中断源二优先级中断系统、一个双向信号传输UART串行通信口。而且，AT89C51可以执行静态逻辑操作，此时最低的工作频率可为0Hz，并有两种省电运行模式可供软件运行。Idle Mode可将CPU处于停止运行状态，但允许中断控制系统、串行通讯口、定时/计数器以及随机存取存储器持续运行。Power Mode直到下一次硬件复位都会停止运行振荡器并且不允许其它所有部件运行但会保留片内随机存取存储器中的数据。
AT89CA51 引脚功能说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0端：P0端为一组8位Open Drain型双向input/output端，也即地址/总线复位端。每端能驱动8位TTL逻辑门。当P0端被置为1时，其变便成为高阻抗输入端。P0端可被外部程序DATA存储器使用，此时，其被当作DATA/ADDRESS的低八位使用。在闪存（Flash）进行program工作时，P0 端输入命令，当闪存（Flash）运行check任务时，P0端输出命令，同时，确保P0端外部已连有pull-up resistor。
P1端：P1端是一组配有内部pull-up resistor的双向input/output端，为功能最单一的一组端口。
P2端：P2端也是一组配有内部上拉电阻的双向input/output端。当cpu访问外部存储器时，P2端输出高八位地址信号。
P3端：P3端同样是一组配有内部上拉电阻的双向input/output端。同时P3端的每一个管脚都另有功能。
主要属性如表2-1所示。
表2-1 主要属性
控制信号引脚（RST、 ALE 、/PSEN 、/EA）
RST / Vpd (9脚)：复位输入，‘1’信号有效。当CPU刚接入电源时，其内部各寄存器处于随机状态，当此输入端可持续24个时钟周期的‘1’信号时，就能完成复位任务。单片机正常工作时，此脚应≤0.5V低电平。
ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许信号端（Address Latch Enable）。当CPU读取外部ROM 时，此管脚输出信号的下降沿控制低八位地址的锁存。平时运行是，此管脚以振荡频率的六分之一稳定发送正脉冲，能作对外输出时钟和定时信号。
/PSEN：程序存储器允许信号输出端（Program Store Enable）。CPU读取外部程序存储器的读选通信号。在访问片外ROM时，每个机器周期/PSEN输出2次脉冲。当读取外部数据存储器时，/PSEN不出现。
/EA/VPP：片外程序存储器访问允许输入端（External Access External）。当/EA被置1时，CPU读取片内存储器(4K)PC值超过0FFFH，将自动运行片外程序存储器的程序。当/EA 被置0，CPU访问片外EPROM/ROM，且运行片外ROM的程序。
引脚图如图2.1所示。
图2.1 AT89C51引脚图
3.2 系统原理分析 3.2.1 超声波测距原理
一般而言，人耳能听到的声波频率为20赫兹--20000赫兹。Resonant frequency 高于2KHz 的声波称为“超声波”。超声波由于其穿透能力强、在液体中传播距离远、易获得较集中的声能、方向性好等特性，使其在实际生活中的各行各业得到广泛应用。
假定声波在固定介质中传播的速度一定，而且能测量得到声波从送出到感应到的时间，那么从声源到目标物体的距离就可以被准确地计算出来。这就是本设计的测距原理。超声波测距，简单来说，就是通过连续地接收经障目标物体反射后的回波，进而测出超声波从发射到接收的往返时间,最后求出超声波经过的距离。其关系式如公式（1）：
ct
2S （1）
式中：S 为所需测量的距离；c 为超声波在空气介质中的传播速度；t 为往返时间。
3.3 超声波传感器检测电路 3.3.1 超声波检测电路图
HC-SR04模块由发生电路和感应电路主成，发生超声波circuit主体具有Em78p153 SCM、MAX232chip及超声波send装置T40。感应超声波circuit主体具有TL074operational amplifier及超声波receiver R40组成。
3.3.2 超声波发生及感应过程
CPU启动system初始化。置EA为1打开总中断，置“Trig”端10us的‘1’信号，启动HC-SR04模块的EM78P153产生8段持续的40KHz矩形波，由MAX232电平转换，增强
发出功率。发生装置把电信号变成超声波信号发出。
当CPU发出一端10us的启动信号后，Trig端从低电压变成高电压，模块发出超声波的同时，计时器开始计时，等待感应装置receive到信号，一旦感应到立即停止计时。将时间T传递给单片机，过程中ECHO端持续为‘1’信号的Time为路程时间T。
3.4超声波测距接收
3.4.1 HC-SR04模块
图4.1 HC-SR04模块实物图
HC-SR04超声波测距模块能完成2厘米到400厘米间距的非接触式距离测量任务，其电路简易且售价实在。此外，其相对应的单片机外围电路也不复杂。该module具有发生circuit、感应circuit及控制circuit。实物如图4.1所示。
基本运行流程
①置TRIG端口至少10us的‘1’电平启动超声波发生；
②发生电路连续发出8个40khz的矩形波，等待感应是否有回波；
③有回波，ECHO端输出‘1’信号，‘1’信号连续时间即超声波完成路程所花的时间。
模块参数如下表4-1。
表4-1模块参数
超声波sequence chart如图4.2所示。
图4.2 超声波sequence chart
如图4-2sequence chart显示，一旦单片机发出一端10us以上Transister-Transister-Logic脉冲信号，该模块会连续送出8个40khz矩形波信号且开始等待感应回波sign。只要感应到回波sign，ECHO端就送出high level脉冲。输出信号的Pulse width与Induction distance成正比。所以，将发出到感应之间的T值代入公式能测算出汽车与物体的间距：
距离=高电平时间*声速（340m/s）/2。
Module主体包括Em78p153单片机、MAX232Chip、Input operational amplifier TL074、Ultrasonic sensing device：T40-16、R40-16。
Em78p153单片机
①情况简述
Em78p153是采用高速CMOS工艺制造的8位single chip。采取EMC编程器往单片机内Write程序instruction。编程人员可在13位选项位挑取符合其需求的选项位，之中的保护位能prevent程序被上载。
②电气参数
运行Voltage参数（V）：2.0--6.0；
适应Temperature区间（℃）：0--70；
正常Frequency区间：DC--8MHz；
4个内建IRC振荡器；
2个双向I/O端口；
32×8bit片内寄存器（SDRAM）；
EM78P153的封装为14脚；Small Out-Line Package小外形封装、Shrink Small-Outline Package)窄间距小外型塑封和dual inline-pin package双列直插式封装为3种封装形式。
③pin分配如图4.3所示。
图4.3 Em78p153pin脚图
MAX232
MAX232chip是MAXIM Co.特为RS-232串口design的选择单电源+5v供能的电平转换chip。本设计只通过该chip完成level switch任务，将40kHz的矩形波从5V提升至20V，增强transmitting power。
①pin图如图4.4所示。
图4.4 MAX232引脚图
②引脚介绍
第一单元为电荷泵circuit。由1、2、3、4、5、6号pin及4个电容组成。作用为发生+12v和-12v两个电源，满足RS-232串口电平的require。
第二单元为Data conversion通道。由7、8、9、10、11、12、13、14号pin组成两个Data conversion。以上13号pin（R1IN）、12号pin（R1OUT）、11号pin（T1IN）、14号pin（T1OUT）为第一Data conversion；8号pin（R2IN）、9号pin（R2OUT）、10号pin（T2IN）、7号pin（T2OUT）为第二Data conversion。
第三单元为供电circuit。15号pin GND、16号引pin VCC。
TL074（低噪声JFET输入operational amplifier）
引脚图如图4.5所示。
图4.5 TL074pin图
具体引脚功能如表4-2所示：
表4-2 引脚表
1 1OUT
输出端（通道1
）
2 1IN+ 反相输入端（通道1）
3 1IN- 同相输入端（通道1）
4 VCC 正电源
5 2IN+ 同相输入端（通道2）
6 2IN- 反相输入端（通道2）
7 2OUT 输出端（通道2）
8 3OUT 输出端（通道3）
9 3IN- 反相输入端（通道3）
10 3IN+ 同相输入端（通道3）
11 GND 接地端
12 4IN- 反相输入端（通道4）
13 4IN+ 同相输入端（通道4）
14 4OUT 输出端（通道4）
TL074内部组件数量如表4-3所示
表4-3 TL074组件
3.4.2 T40、R40超声波传感装置介绍
图4.6 内部构造图4.7 外观形态
T40-16与R40-16
目前来看，超声波发生装置按如何发出超声波能分为两大种类：
1.Electric发出超声波, 包含
Piezoelectric type, magnetostrictive type 及 electric type等；
2.Mechanical发出超声波，包含Garr the flute, whistle
及siren liquid flow等。
两种类型send的超声波的frequency、power和Acoustic characteristics 大相径庭，所以适用场合也不一样。压电式超声波发生装置是现在比较常用的。
压电式超声波发生装置根本上来讲为采用Piezoelectric crystal的谐振来运作的。其内部include两个Piezoelectric crystal和一个共振板。在它的两极处输入电压，同时保证该频率等于Piezoelectric crystal的固有振荡频率时，Piezoelectric crystal就会产生共振，且使共振板一起振动，于是便能send超声波了。反之，若两极处没外加脉冲信号，当共振板receive回波时，会使Piezoelectric crystal产生振动，机械能将transform 电信号，此刻其便是超声波感应装置。电路中采用T40-16T/R超声波换能器便是Piezoelectric type装置。
①装置说明
Name：Piezoelectric ceramics超声波传感器；
Type：T40-16T/R；
Category：通用型；
主frequency（KHZ）：40；
Outer diameter：16mm；
工作说明：T表示发生装置，R表示receiver，TR表示两者兼用；
②电气参数
如下表4-4所示：
表4-4 电气参数
传感器实物如图4.8 所示。
图4.8 传感器实物图
HC-SR04 具有超声波的发生和感应电路，因此，hardware方面不用再个人定制复杂的发生及感应回路，software方面也不必再使用定时器来发生40Khz的矩形波驱动piezoelectric ceramics共振近而发出超声波。调用该module时，只需将‘Trig’端置一端大于10us的high level信号,就能等待‘Echo’端的high level信号输出。CPU 一旦扫描到trigger signal就打开定时器进行计时。当该端的high level信号消失时就完成计时并read定时器的Data，该Data为本次测距的time，然后带入传播速度公式就能complete对距离的计算。
3.5 SCM1602 显示模块
该模块是由SCM1602液晶显示器件组成，第3脚：VL为显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E 端为使能端，当E端由高电平跳变为低电平时，液晶模块执行命令。第7~14脚：D0~D7位8为双向数据线。由上可知1602基本操作时序如下表2.5。其第15~16脚：背光电源脚。SCM1602与单片机的应用连接电路图如图2.5所示。
图2.5 显示电路图
四、系统软件部分设计
4.1 软件流程图
4.1.1主程序流程图
本设计的软件部分主要有主程序、发射超声波程序、1ms定时器中断程序、LCD液晶屏显示程序组成。我们知道C语言程序对实现较复杂的算法能很高效的实现，而汇编语言编写程序的代码对于普通人十分难理解，不易于软件的维护，而本设计的程序需要有相对复杂的运算且有助于结构化程序，所以程序语言选择C语言。
首先初始化系统设置：置总中断允许位EA为1、设置定时器T0、T1工作模式为模式1（16位定时计数器模式）并将单片机各端口拉高。之后开始运行功能模块。
图3.1主程序流程
本设计使用频率为12MHz的晶振电路，计数器的每一次计数就是1μs。当main程序中扫描到表示接收回波成功的标志位Echo发送的time（高电平持续时间），将超声波往返所花费的time（计数器T0中的time）带入到公式（3）运算，就能计算出车尾与障碍物之间的距离，编程中设温度为室温20℃时的声速为340m/s，则有：
d=(c t)/2=172T0/10000cm （3）公式中，T0为计数器T0的time。
计算出距离后结果将会被发送给共阳数码显示模块，同时，结果也将发至语音预警模块。之后重复发送超声波进行测距任务。
4.1.2 超声波测距子程序
超声波测距子程序的任务是将Trig引脚发送启动脉冲信号（脉冲宽度大概
是为10μs），同时扫描标志位Echo。一旦Echo为高电平，开始计时。最终完
成对距离的计算。
N
图3.2 超声波测距子程序
4.2系统源程序
#include
#include
#define uchar unsigned char //无符号字符型宏定义变量范围0~255 #define uint unsigned int /无符号整型宏定义变量范围0~65535 sbit rs=P2^7; //LCD数据命令选择端
sbit lcden=P2^5; //LCD使能端
sbit wr=P2^6; //LCD读写端
sbit trig=P3^7; //触发控制信号输入
sbit echo=P3^6; //回响信号输出
超声波传感器的使用注意事项
探测范围和大小 要探测的物体大小直接影响超声波传感器的检测范围。传感器必须探测到一定声级的声音才可以进行输出。大部件能将大部分声音反射给超声波传感器，这样传感器即可在其最远传感距离检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声音，从而导致传感范围大大缩小。 探测物体的特点 使用超声波传感器探测的理想物体应体积大、平整且密度高，并与变换器正面垂直。最难探测的物体是体积小且由吸音材料制成的物体，或者与变换器呈一定角度的物体。 如果液面静止且与传感器表面垂直，探测液体就很容易。如果液面波动大，可延长传感器的响应时间，从而取波动变化的平均值以获得更一致的读数。但是，超声波传感器还不能精确探测表面为泡沫状的液体，因为泡沫会使声音的传播方向发生偏离。这时可以使用超声波传感器的反向超声模式，探测形状不规则的物体。在反向超声模式下，超声波传感器会探测一个平整背景，如墙壁。任何穿过传感器和墙壁之间的物体都会阻断声波。传感器即可通过探测该干扰来识别物体的存在。 温度导致的衰减 传感器还设计了温度补偿功能，以调节环境温度的缓慢改变。但是，它不能调节温度梯度或环境温度的快速变化。 周围是否有振动 无论是传感器本身的振动还是附近机器的振动，都可能会影响测量距离时的精确度。可在安装传感器时用橡胶防振装置来减少这类问题。有时也可使用导轨来消除或降低部件振动。 环境导致的误测 附近的物体可能会反射声波。要准确探测目标物体，必须降低或消除附近声音反射表面的影响。为了避免误测附近物体，许多超声波传感器都装有LED指示灯，用于在安装时指示操作人员，以确保正确安装传感器并降低误测风险。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路
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课程设计成绩评定表
目录 一、引言----------------------4 二、设计电路及原理------------4 三、元件清单------------------5 四、相关元器件的说明和介绍----6 五、课设步骤------------------11 六、实物图--------------------11 七、发现问题并解决问题--------13 八、心得与体会----------------13 九、参考文献------------------14
一、引言 1.课程设计的目的 1）使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。 2）锻炼学生自主独立完成课程设计的能力，培养学生积极动手创新的精神。3）通过课程设计提高我们动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好地适应现代社会的需求。 2.设计思路来源 随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。 本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。本设计用发光二极管作为警示灯，当光照强度不满足要求时就会发光起到警示的作用。 二、实际电路及原理 1.电路图
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目录 摘要 (1) 一、绪论 (2) 1.1 课题描述 (2) 1.2 方案设计 (2) 1.3 方案比较： (2) 1.4 基本工作原理及框图 (3) 二、相关芯片、传感器及硬件电路设计 (4) 2.1 STC89C52RC芯片 (4) 2.2 DS18B20 温度传感器 (5) 2.3 LCD1602字符型液晶 (6) 2.4 光敏电阻 (7) 三、系统软件设计[2] (9) 3.1温度传感器控制程序 (9) 3.2 液晶屏控制程序 (13) 3.3主程序“main.c” (15) 四、总结 (21) 五、参考文献 (22)
地下室火灾报警器 摘要 本设计是用于地下室的火灾报警，利用火灾发生时产生的剧烈光强，还有高温，进行感光感温报警。同时如果地下室存放的是一些温度敏感的物品，也可以通过设置进行温度过高/过低报警。用到的传感器主要有温度传感器DS18B20和光电传感器光敏电阻。 关键词：DS18B20,光敏电阻，STC89C52，LCD1602
一、绪论 1.1 课题描述 地下室常作为人们的杂物间使用，或者充当饭店的酒窖功能，里面经常摆放着很多易燃物品，由于地下室经常潮湿和经常飘散的灰尘会使普通的烟雾报警器误报[1]。所以设计此种地下室火灾报警器。 1.2 方案设计 方案一：火灾发生的时候会有光亮，会使昏暗的地下室光强出现变化，故采用光敏电阻设计此报警器； 方案二：火灾发生的时候会产生大量热量，会使阴冷的地下室温度变化，故采用温度传感器设计此报警器； 方案三：由于火灾发生时产生光和热，同时采用光敏电阻和温度传感器级联设计此报警器。 1.3 方案比较： 方案一只采用光敏电阻，电路设计比较简单，但是如果地下室入口没有密封好，或者地下室开有透光窗，外界光强变化时，容易出现报警器误报； 方案二采用温度传感器设计，电路上和方案三相当，但是如果地下室密封性好，地下室的一些容易发酵的酒水或者其他粮食蔬菜之类的发酵产生的大量热量，也会使报警器出现误报； 方案三综合光强变化和温度变化，电路设计上只比方案二多一个光敏传感器，但是却同时具备了光强和温度传感。如果地下室密封性好，温度升高的时候并没有光照变化，避免误报；如果地下室密封性不好或者开有透光窗，光强变化的时候，发酵产生的热量及时的散出地下室，报警器也不会误报。只有火灾时候瞬间产生高温不会及时散去，而且有大量光照，报警器才会工作。 综合以上方案，故采用方案三。
超声波传感器的设计与应用演示教学
超声波传感器的设计 与应用
传感器课程设计 （2010级） 题目：超声波传感器的设计与应用 学员姓 名：xxx 学 号：201003011020 学员姓 名：xxx 学 号：201003011027 学员姓 名：xxx 学 号：201003011003 xxx
二〇一三年九月
目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介........................................................................................ 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7) 第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)
第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有 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，超声波传感器作为一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
传感器课程设计
哈尔滨远东理工学院传感器课程设计小型称重系统设计 姓名： 专业：电子信息工程 学号： 指导教师： 机器人学院 二0一七年六月二十五日
目录 第1章绪论............................................... 错误!未定义书签。 选题背景............................................... 错误!未定义书签。 目的和意义............................................. 错误!未定义书签。第2章设计方案及其论述..................................... 错误!未定义书签。 模型建立及电路原理..................................... 错误!未定义书签。 电路图 (4) 第3章数据图表及分析 (6) 数据图表 (6) 数据分析 (7) 结论 (8)
第1章绪论 选题背景 称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子称重器是电子称重器中的一种，称重器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，称重器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。因此，称重技术的研究和称重器工业的发展各国都非常重视。工业生产中，称重传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。本实验是利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。硬件部分是在Multisim中仿真设计，使用电压变化进行模拟测量物体重量从而达到实验效果。 目的和意义 1）掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂、全桥电桥工作原理和性能。 2）学会建立仿真模型。 3）比较单臂双臂与全桥电桥的不同性能、了解其特点。 4）学会使用全桥电路。 5）了解物体重量与电压的关系效应。 6）了解电路原理。
超声波换能器选用说明及其原理介绍
超声波换能器选用说明及其原理介绍 超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗掉很少的一部分功率（小于10%）。所以，使用超声波换能器最应考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。市面上超声波机械种类繁多，客户必须提供准确可靠的指标，才能保证公司提供的换能器产品能与贵公司的机器良好匹配，发挥最佳性能。 因换能器品种繁多，本文只提供了部分换能器参数。 ①谐振频率：f, 单位：KHz 该频率是指用频率发生器，毫伏表等通过传输线路法测得的频率，或用阻抗特性分析仪等类似仪器测得的频率。一般通称小信号频率。与它相对的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到驱动电源上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。因客户的匹配电路各不相同，同样的换能器配不同的驱动电源表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为订货依据。 ②换能器电容量：CT ，单位：PF 即换能器自由电容，一般可用电容电桥在400Hz-1000Hz的频率下测得，也可用阻抗特性分析仪类似仪器。再简单点，用一般的便携式电容表测量也可满足要求。 ③换能器工作方式 因加工方式和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作（花边机，CD套机，拉链机，金属焊接等）和脉冲式工作（如塑焊机），
不同的工作方式对换能器的要求是不同的。一般而言，连续式工作几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大，脉冲工作是间歇式的，有停顿，但瞬间电流很大。平均而言，两种状态的功率都很大的。
④换能器型式和最大功率 整机厂家可能对于不同用途和目的的机器的标称功率有不同的规定，换句话说，同样的换能器用在不同的机器上标称功率可能是不同的。为避免产生岐义，客户应详细说明换能器的结构型式，如柱型、倒喇叭型等，及压电陶瓷晶片的直径和片数。 ⑤安装和配合尺寸 主要有变幅杆材质，表面处理方式，形状。换能器与变幅杆连接螺纹，变幅杆与模具连接螺纹，变幅杆法兰盘处直径、厚度、缺口或螺孔数量和位置。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
超声波传感器原理及应用
[日期：2007-06-05] 来源：作者：[字体：大中小] 超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。 接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。 超声波传感器原理与应用 2008-04-18 02:40 超声波传感器原理及应用 信息来源：转载https://www.360docs.net/doc/6c7716194.html,发布时间：2008-01-02字号：小中大 关键字：超声波传感器 1、遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用 2、液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越高，信号越大；液面越低则信号就小。接收到的信号经BG1、BG2放大，经D1、D2整流成直流电压。当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时，有电流流过BG3，电流表有指示，电流大小与液面有关。A点与上图A点相连接。当液位低于设置值时，比较器输出为低电平。BG 不导通，若液位升到规定位置，比较器翻转，输出高电平。BG导通，J吸合，可通过电磁阀将输液开关关闭，以达到控制的目的（高位控制）。 超声波传感器 信息来源：https://www.360docs.net/doc/6c7716194.html,/ca.htm发布时间：2007-11-27字号：小中大 关键字：超声波传感器传感器压电陶瓷超声传感器超声波距离传感器 超声波传感器的测距系统设计图
信息来源：中国超声波发布时间：2008-03-17字号：小中大 关键字：超声波传感器 安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了atmel公司的at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20khz的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法tof（timeofflight）[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机构成。
传感器课程设计报告-智能家居监控系统设计
电气工程学院 传感器课程设计报告 班级：电132 姓名：袁吉收 学号：1312021047 设计题目：智能家居监控系统设计设计时间：2015.12.22~12.28 评定成绩： 评定教师：
摘要 本文设计的智能家居系统以AT89C51单片机为核心控制单元，实时获取DS18B20温度传感器、TGS813气敏传感器、UD-02感烟传感器数据.并通过LCD1602来显示当前的状态。 关键字：AT89c51、DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602
目录 一、题目要求 1.1 题目介绍 1.2 模块分解 二、方案设计 2.1 方案介绍 三、硬件设计 3.1硬件原理图 四、软件设计 4.1时序图 五、设计总结 六、参考文献 附件：程序代码
一、题目要求 1.1智能家居监控系统设计 以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 要求（1）用Protel 画出设计原理图； 智能化家居中的 传感器 活动物体 传感器 烟雾传感器 二氧化碳 传感器 温度传感器 火焰传感器 总 线 终端 控制对象
（2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书中体现仿真结果； （3）写设计说明书； 1.2模块分解 1. 温度检测：采用DS18B20温度传感器。 2. 煤气泄漏检测：气敏传感器TGS813来检测空气中的可燃性气体。 3. 烟雾检测：UD-02离子感烟传感器检测空气中烟雾。 二、方案设计 2.1方案设计及选择 在实际设计中我们要考虑的因素有很多，比如成本最低、性价比最高、性能最优、功能最强、界面最友好等等。而本次课设我采用了性价比最高的方案（首先能实现基本功能）。选用了DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602模块实现本次设计。 基于AT89c51的智能家居系统设计 智能家居是人们的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居
基于超声波传感器的障碍物检测课程设计
《智能仪器仪表设计基础》 课程设计报告 单位： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导老师： 成绩： 设计时间：2013 年5月
指导老师提供的设计题目和要求 1、设计题目：基于超声波传感器的障碍物检测电路仿真设计 2、指导老师： 3、设计条件： [1]仿真软件可用Multisim10软件或者saber软件。 [2]超声波传感器详细参数： 工作频率：40KHz±1.0KHz 声压值：≥94dB(30cm/10Vrms sine wave) 灵敏度：≥-82dB/v/u bar(0dB=v/pa)； 余振：：≤1.2ms； -6dB方向性(度)：60°±10° 电容：2000pf±10%； 最大输入电压(Vp-p)：150(40KHz) 使用温度范围：-35℃—+80℃ 储藏温度范围：-40℃—+85℃ 4、设计要求： [1]设计电路包括超声波发射电路、超声波回波接收电路两部分。超声波发射电 路包括升压激励模块。超声波回波接收电路包括一级带通滤波电路、二级带 通电路、回波二值化电路组成。 [2]当在超声波发射电路输入端输入VPP=5V，Vmin=0V的方波信号时，超声 波发射电路输出端能输出VPP=100V~150V，f=40KHZ的一个激励信号。 [3]当在超声波回波接收电路输入端输出VPP=60mV~2V，f=40KHZ的正弦 波信号时，超声波回波接收电路输出端能输出电平信号。当在超声波回波接 收电路输入端输入低电平信号时，超声波回波接收电路输出端能输出高电平 信号。 [4]附加要求：请用虚拟仪器显示各个电路模块输入端信号及输出端信号 5、参考书目 [1]胡向东，刘京诚，余成波等编著，传感器与检测技术机械工业出版社，2009 [2] 张国雄主编测控电路机械工业出版社，第4版
超声波传感器设计报告
重庆三峡职业学院 智能电子产品设计与制作实训报告项目名称超声波传感器 班级13级应用电子技术1班 姓名___________________________ 学号___________________________ 2014 --2015 学年度2 学期 机械与电子工程系
一超声波传感器简介 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等特点。超声波传感器可以对集装箱状态进行探测，可以应用于食品加工厂，实现塑料包装检测的闭环控制系统。超声波传感器对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。 超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ 及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI型）。它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。 二超声波传感器的组成 超声波传感器是指产生超声波和接收超声波的装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器利用压电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，并利用波的传输特性，实现对各种参量的测量，属典型的双向传感器。因此，超声波传感器由发射传感器（简称发射探头）和接收传感器（简称接收探头）两部分组成，如图6-3所示。 图6-3 超声波传感器的组成
传感器课程设计
传感器课程设计半导体吸收式光纤温度传感器
2010年12月30日 目录 序言 (3) 方案设计及论证 (4) 部件图纸 (6) 心得体会 (6)
主要参考文献 (7) 序言 1、简介 光纤温度传感器采用一种和光纤折射率相匹配的高分子温敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纤外面，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，由于这种新型温敏材料受温度影响，折射率发生变化，因此输出的光功率与温度呈函数关系。其物理本质是利用光纤中传输的光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态、波长和模式等，对外界环境因素，如温度，压力，辐射等具有敏感特性。它属于非接触式测温。 2、特点
光纤传感器是一种新型传感器，它用光信号传感和传递被测量，具有动态范围大，频响宽，不受电磁干扰等优点。由于光纤可被拉至距测量点几十米以外，能使信号处理的电子线路远离干扰源，固而可较少受到空间电磁干扰。另外光纤传感器均为可控有源传感器，这使得在硬件和软件设计中可采用一些特殊手段来完成某些较复杂的功能。 3、现状 随着工业自动化程度的提高及连续生产规模的扩大, 对温度参数测量的快速性提出了更高的要求。目前, 普遍采用的热电偶很难实现对温度快速、准确地测量。这种接触式测量也难以保证温度场的原有特征, 易引起误差。在较高温度的测量中, 价格昂贵的金属热电偶必须接触被测高温物体, 所以损坏快, 增加了成本。光纤温度检测技术是近些年发展起来的一项新技术，由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中使用等优点而越来越受到人们的重视，各种光纤温度传感器发展极为迅速。目前研究的光纤温度传感器主要利用相位调制、热辐射探测、荧光衰变、半导体吸收、光纤光栅等原理。其中半导体吸收式光纤温度传感器作为一种强度调制的传光型光纤传感器，除了具有光纤传感器的一般优点之外，还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，非常适合于输电设备和石油以及井下等现场的温度监测，近年来获得了广泛的研究 原理分析 1、本征吸收原理 当一定波长的光通过半导体材料时，主要引起的吸收是本征吸收，即电子从价带激发到导带引起的吸收。对直接跃迁型材料，能够引起这种吸收的光子能量hv必须大于或等于材料的禁带宽度Eg，即 式中，h为普朗克常数：v是频率。从式(1)可看出，本征吸收光谱在低频方向必然存在一个频率界限vg，当频率低于vg时不可能产生本征吸收。一定的频率vg对应一个特定的波长，λg=c／vg，称为本征吸收波长。 2、半导体测温原理 λ，半导体材料对信号光的透过率随温度变化，但对参考光的透过率不变。设信号光的透过率为()T 参考光的透过率为rλ。光纤定向耦合器的分光比为α，光纤传输损耗和探头与光纤的联接损耗为β。令
超声波传感器测距仪设计报告(全)-张哲铭
单片机、传感器、印制电路板 课程整合实训 电子产品设计与制作 技术报告 （2013——2014 学年第二学期） 项目名称：超声波测距仪设计 指导教师：卢建声,曾庆波,代瑶 专业：微电子技术 班级：12微电子 组长：张哲铭 组员：高金阁,李雨泽,苏程龙黑龙江信息技术职业学院·电子工程系
目录 任务书...................................................................... 错误！未定义书签。 一、工作任务 ................................................................. 错误！未定义书签。 二、工作目标 (3) 三、主要设计内容 (3) 1.原理设计 (3) 2.原理框图 (3) 3原理图 (4) 4元件清单 (4) 五、提交成果 ................................................................. 错误！未定义书签。 一、原理设计与技术路线 .............................................. 错误！未定义书签。 1、原理图绘制......................................................... 错误！未定义书签。 2、PCB图绘制.......................................................... 错误！未定义书签。 3、单元电路设计..................................................... 错误！未定义书签。 4、整机设计 ............................................................ 错误！未定义书签。 (5) (6) 六、总结报告 (10) 附录 (13) 超声波测距仪设计
传感器课程设计
传感器课程设计
传感器课程设计 学院电气信息学院 专业测控技术与仪器 年级班别 09级测控01 学号 0904010117 学生姓名王龙龙
目录 一、绪论设计内容与设计要求 (6) 1.1设计内容： (6) 1.2设计要求： (6) 二、设计原理及框图 (6) 2.1设计原理： (7) 2.2系统框图： (7) 三、方案选择及论证 (7) 3.1方案一： (7) 3.2方案二： (8) 3.3方案三： (8) 3.4方案论证： (8) 四、电路与最小系统设计 (8) 4.1驱动电路： (8) 4.2显示电路 (9) 4.3稳压电路 (10) 4.4最小系统的设计 (11) 五、红外控制原理及设计 (12)
5.1红外原理 (12) 5.2红外电路设计 (13) 六、控制流程与程序 (14) 6.1程序流程 (14) 6.2控制程序 (14) 参考文献 (43) 摘要： 本次课程设计是利用接近传感器和单片机技术设计制作一个显示电机转速的速度测定系统，尽可能的提高测量误差，用4位LED 数码管显示速度。电机测速系统由红外接收电路、单片机最小系统、数码管显示电路、电机驱动电路以及激光测速电路构成。红外接收电路用来接收用户输出的红外信息，实现测试参数的设置。
关键词：传感器；转速：显示： Abstracts: This course is designed to use proximity sensors and single chip microcomputer design a show the speed of the motor speed determination system, as far as possible to improve the measure error, with four LED digital display speed tube. Motor speed system consists of infrared receiving circuit, single chip minimize system, digital pipe display circuit, motor drive circuit and laser speed circuit to form. Infrared receiving circuit used to receive a user output of infrared information, realizing test parameters Settings. Keywords: sensors; Speed: display:
超声测距系统设计开题报告
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业：电气工程及其自动化 设计(论文)题目：超声测距系统设计 指导教师: 2011 年 2 月24 日
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述 文献综述 1 研究背景 测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法[1]。随着电子技术的发展，先后出现了激光、超声波及红外线等非接触式测距方法。激光测距虽然测距精度高，操作简单，但是受环境的影响比较大，且系统检测维护不便，价格相对昂贵，一般多在军事领域应用。红外测距属于电磁波的一种，超声波是声波测距，实现起来更容易且不受电磁干扰影响。红外传播速度为3x108m/s，超声波在空气中的传播速度为340m/s，其速度相对电磁波是非常慢的，因此在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量[1]。 由于超声波方向性好、超声测量无接触，超声波测距系统价格低廉、易实现、信息处理简单可靠，所以利用超声波进行距离和长度的测量越来越受到人们的重视。超声波技术的发展经历了从理论技术的研究到大范围的工业应用。在这期间，雷达技术、激光技术、电子技术等技术的发展对超声波技术不断更新和发展起到了很大的促进作用[2]。 2 国外研究现状 一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响[3]。 1917年，法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信联络。在这之后对超声的研究主要体现在电子领域[4]。 1925年，Pierce使用石英传感器和镍传感器来产生和探测超声波，而且频率扩展到兆赫级。至此；Debye,Sears,Lcas分别发现了超声波的衍射光栅，用超声波来研究液体和气体的声学特性方法得到稳定发展。 1927年Hantalnnn和Tro11e解决了超声汽笛的许多细节问题，这些汽笛被证明在流
超声波传感器测距原理
一、超声波测距原理 超声波测距原理是通过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时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v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即: S = v·△t /2 ① 这就是所谓的时间差测距法。 由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1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。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。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（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为： V = 331.45 + 0.607T ② 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。
二、系统硬件电路设计 图2 超声波测距仪系统框图 基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。该系统由单片机定时器产生40KHZ 的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz 的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。下面分别介绍各部分电路： 1 、超声波发射电路 超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz 的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远,可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。 图3中T 为超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。利用逆压电效应将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射; 利用压电效应可以将作用
超声波传感器的设计与应用
传感器课程设计 （2010级） 题目：超声波传感器的设计与应用
学员：xxx 学号：201003011020 学员：xxx 学号：201003011027 学员：xxx 学号：201003011003
xxx 二〇一三年九月
目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介..................................................................................... 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1 设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7)
第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)
第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。 超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。 在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所
超声波传感器简介
超声波传感器 基本介绍 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置是声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。 组成部分 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 ①
超声波传感器及应用
超声波传感器及应用 我要打印我要留言查看留言 来自：转载 原理简述： 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的， 它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标 包括； （1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端 的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用 超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。 结构与工作原理