文献综述：
超声波测距仪设计
1. 前言
超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，在车辆自动导航、机器入的定位和对象识别、海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。
相位差法与脉冲回波法的不同体现在对回波的处理方式上，由超声波换能器接收端获得调制声波的回波，经放大电路转换后，得到与放大的相位完全相同的电信号，此电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测相位差就可算得所测距离。由于采用的是相位比较，使得测距精确度大大提高，但这种方法本身存在明显的缺陷。由于相位测量存在以2n 为周期的多值解，从而容易造成解的不确定性。为了消除多解，常常需要引入包络检测和采用发射多种不同频率波的方式减小不确定度，这就使得该方法的实现复杂化。
2. 主题
2.1超声波测距仪原理
单片机发出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Tr ，然后求出距离S ＝CTr ／2，式中的C 为超声波波速。
限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C 与温度有关。
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。
超声波测距原理图
超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。
2.2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基于AT89C51单片机的超声波测距仪
超声波测距仪主要以单片机AT89C51为核心，其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。一般情况下，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=340×t/2，这就是常用的时差法测距。
在测距计数电路设计中，采用了相关计数法，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数；当信号发射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭发射信号，计数器开始计
数，实现起始时的同步；当接收信号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计数。
双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成（如图2所示）： LED显示模块，AT89C51芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块组成。 系统设计总体框图
3. 结束语
以上介绍了超声波测距系统, 通过发射和接受超声波, 使用单片机计算距离, 并加入了温度补偿电路, 提高了距离计算的精度。该系统可满足大多数场合的测距要求。由于该系统中锁相环锁定需要一定时间。测得的距离有误差。在汽车雷达应用中此误差可忽略不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面。此误差不能忽略。只有通过改变一些硬件的应用实现对超声波的快速锁定。
参考文献：
[2] 刘国钧，王连成．图书馆史研究［Ｍ］. 北京：高等教育出版社，1979：15-18，31．
[1] 孔雅琼. 基于单片机的超声测距仪研究与开发[]]. 国防科学技术大学
[2] 张 芬. 基于C8051F320单片机的超声波测距仪[J].中国地质大学(武汉) 机械与电子信息学院，仪表技术与传感器，09年12期
[3] 李为民. 基于stc89单片机的超声波测距仪[M].陕西师范大学学报, 第33卷
[4] 胡福云. 基于单片机的超声波测距仪[M].湖北工业大学，科技视野
[5] 陈莹. 基于单片机的超声测距系统[M].华中科技大学
[6] 符艳辉. 基于单片机控制的超声波测距仪的设计[M].吉林省农业机械研究院，农业与技术，08年2月28卷
[7] 谭洪涛. 单片机设计测距仪原理及其简单应用[M].重庆通信学
[8] 曾毓敏. 基于80C552单片机的驾斐蹙蜜型题仪[J].南京师范大学物理系
[9] 安宗权. 基于ATmega8单片机的超声波测距仪[M]. 安徽工业大
[10] 刘凤然. 基于单片机的超声波测距系统[J].传感器世界.2001,5:29-32
[11] 葛健强. 基于CPLD 的超声波测距仪研制[M]. 无锡商业职业技术学院学
报.2004,4(3):8-10
[12] 何希才. 薛永毅. 传感器及其应用实例[J].机械工业出版社,2004:138-152
胡汉才. 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社,2004:27-46
[13] 吴斌方, 刘民, 熊海斌. 超声波测距传感器的研制[M].湖北工学院学报.2004,19(6):26-28
[14]谭洪涛, 张学平. 单片机设计测距仪原理及其简单应用[M].现代电子技术.2004,18:94-96
[15]赵占林, 刘洪梅. 超声波测距系统误差分析及修正[J].科技情报开发与经
济.2002,12(6):144-145
[16]苏炜, 龚壁建, 潘笑. 超声波测距误差分析[J].传感器技术.2004,23(6):8-11
[17]罗忠辉, 黄世庆. 提高超声测距精度的方法[J]. 机械设计与制造.2005,1:109
[18]秦旭. 用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距仪[M].电子产品世界.2003,6:58-59
文献综述：
超声波测距仪设计
1. 前言
超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，在车辆自动导航、机器入的定位和对象识别、海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。
相位差法与脉冲回波法的不同体现在对回波的处理方式上，由超声波换能器接收端获得调制声波的回波，经放大电路转换后，得到与放大的相位完全相同的电信号，此电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测相位差就可算得所测距离。由于采用的是相位比较，使得测距精确度大大提高，但这种方法本身存在明显的缺陷。由于相位测量存在以2n 为周期的多值解，从而容易造成解的不确定性。为了消除多解，常常需要引入包络检测和采用发射多种不同频率波的方式减小不确定度，这就使得该方法的实现复杂化。
2. 主题
2.1超声波测距仪原理
单片机发出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Tr ，然后求出距离S ＝CTr ／2，式中的C 为超声波波速。
限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C 与温度有关。
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。
超声波测距原理图
超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。
2.2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基于AT89C51单片机的超声波测距仪
超声波测距仪主要以单片机AT89C51为核心，其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。一般情况下，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=340×t/2，这就是常用的时差法测距。
在测距计数电路设计中，采用了相关计数法，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数；当信号发射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭发射信号，计数器开始计
数，实现起始时的同步；当接收信号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计数。
双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成（如图2所示）： LED显示模块，AT89C51芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块组成。 系统设计总体框图
3. 结束语
以上介绍了超声波测距系统, 通过发射和接受超声波, 使用单片机计算距离, 并加入了温度补偿电路, 提高了距离计算的精度。该系统可满足大多数场合的测距要求。由于该系统中锁相环锁定需要一定时间。测得的距离有误差。在汽车雷达应用中此误差可忽略不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面。此误差不能忽略。只有通过改变一些硬件的应用实现对超声波的快速锁定。
参考文献：
[2] 刘国钧，王连成．图书馆史研究［Ｍ］. 北京：高等教育出版社，1979：15-18，31．
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[3] 李为民. 基于stc89单片机的超声波测距仪[M].陕西师范大学学报, 第33卷
[4] 胡福云. 基于单片机的超声波测距仪[M].湖北工业大学，科技视野
[5] 陈莹. 基于单片机的超声测距系统[M].华中科技大学
[6] 符艳辉. 基于单片机控制的超声波测距仪的设计[M].吉林省农业机械研究院，农业与技术，08年2月28卷
[7] 谭洪涛. 单片机设计测距仪原理及其简单应用[M].重庆通信学
[8] 曾毓敏. 基于80C552单片机的驾斐蹙蜜型题仪[J].南京师范大学物理系
[9] 安宗权. 基于ATmega8单片机的超声波测距仪[M]. 安徽工业大
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[11] 葛健强. 基于CPLD 的超声波测距仪研制[M]. 无锡商业职业技术学院学
报.2004,4(3):8-10
[12] 何希才. 薛永毅. 传感器及其应用实例[J].机械工业出版社,2004:138-152
胡汉才. 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社,2004:27-46
[13] 吴斌方, 刘民, 熊海斌. 超声波测距传感器的研制[M].湖北工学院学报.2004,19(6):26-28
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[17]罗忠辉, 黄世庆. 提高超声测距精度的方法[J]. 机械设计与制造.2005,1:109
[18]秦旭. 用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距仪[M].电子产品世界.2003,6:58-59