摘要：超声测距系统技校在工业场车辆导航水声工程等领域都具有了广泛的应用价值，目前已应用于物理测量，机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别定位等场合，因此，深入研究超声的探测理论和方法具有重要的实践意义，为了进一步提高测量的精确度，满足工程人员对测量精度测距量程和测距仪使用的要求，本文研制了一套基于单片机的使拱式超声测距系统。 关键词：超声波 测距仪 单片机
1、前言
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性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的困扰，因此箱的排污疏通对大城市给排水系统污水理，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，是箱涵排水系统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仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。
1.1 课题背景
随着经济的发展与汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。同时，随着汽车工业的飞速发展，汽车的产量和保有量都在急剧增加。但公路发展、交通管理却相对落后，导致了交通事故与日剧增，城市里尤其突出。智能交通系统ITS是目前世界上交通运输科学技术的前沿技术，它在充分发挥现有基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通赌塞，改善城市环境等方面的卓越效能，已得到各国政府的广泛关注。中国政府也高度重视智能交通系统的研究开发与推广应用。汽车防撞系统作为ITS 发展的一个基础，它的成功与否对整个系统有着很大的作用。从传统上说，汽车的安全可以分为两个主要研究方向:一是主动式安全技术，即防止事故的发生，该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术，即事故发生后的乘员保护。目前汽车安全领域被动安全研究较多，主要从安全气囊、ABS(防抱死系统)和悬架等方面着手，以保证驾乘人员的安全。从经济性和安全性两方面来说，这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护，有很大的局限性，因而车辆的主动安全研究尤为重要，引出了本文研究的基于单片机的超声波测距
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系统。这个系统是一种可向司机预先发出视听语音信号的探测装置。它安装在汽车上，能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物;能向司机及乘员提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司机采取应急措施来应付特殊险情，避免损失。
1.2 课题设计的意义
随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1S 意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。
1.3 超声波测距在汽车上应用的介绍
超声波倒车测距仪( 俗称电子眼)是汽车倒车防撞安全辅助装置，能以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂鸣器报警，蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。其大多数产品探测范围在0.4～1.5m，有的产品能达到0.35～2.5m，并有距离显示、声响报警、区域警示和方位指示，有些产品还具备开机自检功能。目前市场上还出现了具有语音报警功能的产品。这些产品存在的主要问题是测量盲区大，报警滞后，未考虑汽车制动时的惯性因素，使驾驶者制动滞后，抗干扰能力不强，误报也较多。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能，主要有超声波这把无形尺子, 它测量最近障碍物的距离, 并告诉给车主。其实超声测距原理简单: 它发射超声波并接收反射回波, 通过单片机计数器获得两者时间差t, 利用公式S=Ct/2计算距离, 其中S为汽车与障碍物之间的距离, C为声波在介质中的传播速度。
本文介绍的超声测距系统共有2只超声波换能器(俗称探头),分别布置在汽车的后左、后右2个位置上。能检测前进和倒车方向障碍物距离, 通过后视镜内置的显示单元显示距离和方位, 发出一定的声响, 起到提示和警戒的作用。系统采用一片STC89C52单片机对两路超声波信号进行循环采集。超声波是指频率高于20HHZ
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的机械波。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。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 。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。超声波发生器可以分为两类：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。本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现触发单元。
利用超声波测距的工作，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法：
（1）相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限； （2）声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响；
（3）渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间。本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波），通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离。
2 超声波测距原理
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超声测距系统设计外文翻译
