超声波测距仪实验报告
课题名称：超声波测距仪
班级：应用电子0901
：吴星超
学号：0503090128
指导老师：文博
前言
随着人类社会从工业化社会到信息化社会的发展，视觉传达设计经历了商业美术、工艺美术、印刷美术设计、装潢设计、平面设计等几大阶段的演变，最终成为以视觉媒介为载体，利用视觉符号表现并传达信息的设计。对于每一位“为传达而设计”的设计者来说，如何正确、充分地传达信息是我们始终要面临的中心问题。但是，在当今社会，由于科技的进步，社会环境和社会秩序的更新，各种视觉媒介的充斥，影响着人们的思维、观念和感情，仅仅把传
达信息的关键词定位于正确和充分显然是不够的。鉴于时代的要求与设计本质的要求，必须要把视觉传达设计的创新重视起来，以创新为前提充分准确地传达信息。设计界存在着大量的抄袭、模仿之作，使得设计活动成为一种程式。比如一说到大学标志，就等于是篆书外加一个圆托印章；一谈到VIS设计，便是大量相同的模版拷贝；一说到数码的视觉符号，就是一大堆蚂蚁般的“1”+“0”；一谈到商品的广告，就是戴眼镜的博士或美女的推荐代言等等。人们无时无刻都被这些“东施效颦”的设计所侵犯和骚扰，这些设计给我们带来了视觉污染，人们不禁要问：设计究竟怎么了？面对这些，我们每一个设计师都责无旁贷。现在该是大力宣扬“设计创新”的时候了，因为这个时代比以往任何时期都更需要清晰而独创的视觉传达设计。那么，视觉传达设计的创新究竟体现在哪些方面？
目录
一、超声波测距仪的制作 (3)
1.1 超声波测距的原理 (3)
1.2 超声测距仪的硬件电路 (5)
1.2.1回流信号放大电路 (5)
1.2.2 信号检波电路 (6)
1.3超声波测距程序设计 (7)
二、总结： (20)
三、参考文献 (20)
一、超声波测距仪的制作
1.1 超声波测距的原理
根据相关的物理学知识，声音在介质中如空气和石头中传播时，其衰减特性与其频率相关，频率越高越不容易衰减，相应地其传播距离越远。当声音的频率在20KHz以上的围时，超出了人耳的听觉围，变成了超声波，可以传播较远的距离而不衰减，且其本身的信号频率特性不容易受环境噪音的干扰。我们可以利用超声波的这一特性进行
测距。我们可利用并列安装的一对超声波探头来发射和接收超声波。
发射头标识为T(Transmit)，接收头标识为R(Reiceive),它们里面采用谐振频率为40KHz的压电晶体来发射和接收超声波。当发射头外接40KHz的振荡源，如单片机端口时，它能发出最大功率的超声波。接收头只有在接收到中心频率为40KHz的超声波时才能产生谐振，由于压电效应将物理振荡转化为电信号输出，输出电压信号的幅值在uV量级。
在测距时，用这对探头对准要测距的物体如车辆、墙壁等，由单片机端口输出40KHz的PWM（脉宽调制信号）驱动超声波发射头（T 头）发射出40KHz的一个短促脉冲（0.2—0.5ms）,然后单片机开始计时，直到通过接收头和接收放大电路检测到回波信号，然后停止计时，得到超声波传播总时间Ts,再乘以当地温度下声速Vs得到超声波走的总路程，再除以2就得到了超声波探头与物体的实际距离。
注意：超声波脉冲以5-10个频率周期为宜，太长则测距误差太大，太短则能量不足导致接收不到。声音的速度与温度和当地的空气密度有关，最好以实测值为宜，否则可能导致较大的误差。
T/R40 超声波探头（40KHz本征频率）
超声波发射和接收的硬件电路
1.2 超声测距仪的硬件电路
1.2.1回流信号放大电路
采用电路来实现测距仪功能的主要困难在于，回波小信号的检测。由于在接收探头的压电晶体两端产生的回波电信号极其微弱，在uV 量级，因此要进行高增益的放大，然后才能进行有效的检测。在这里，我们采用了三个NPN型8050三极管的共射极交流耦合组态进行三级放大。在两级的级连处采用了0.1uF的电容进行交流耦合，集电极接至5V电源以提供集电结的反偏电压，基极接在两个串联50K电阻上，以获得直流工作点(2.5V)。放大之后的信号由上图中的SIGNAL端输出。
单极直流电流增益：
单级直流电压增益：
交流电压增益要低于直流增益，经过实测，此电路的三级交流电压增益在30000左右，可将uV级的电压信号放大至十至百mV的量级。
1.2.2 信号检波电路
经过回波信号放大电路，已经进入了数字芯片可以检测的围，但此时的信号仍为频率信号，并不能直接为单片机所识别。因此还需要一个检波译码芯片，能够识别出40KHz的频率波并将其转化为数字电平信号。
LM567为一种典型的音频信号译码芯片，音频信号由其3脚引入。当此音频信号的频率与LM567的设置频率相同时，则其第8脚的输出电平由高变低。LM567的设置频率由5、6脚之间接上的可调电阻器的阻值进行调节。
可变电阻调节方法：将一个40KHz的频率源连接到LM567的3脚，将LM567的OUT端连接至电压表，然后调节5、6脚之间的电位器直到OUT端的电平变低。
至此，微弱的回波电信号在此已转化为LM567的OUT端输出的可被单片机识别的数字电平信号。
1.3超声波测距程序设计
程序流程