附件1：硬件电路原理图 19

附件2：Proteus仿真电路图 19

附件3：程序 20

1 绪论

随着机器人技术的诞生及迅猛发展，超声波技术的应用也被推广普及，它越来越贴近人们的生活，为满足人们对其的需求，其发展过程也是极其迅速的。超声波测距是一种非接触检测技术，其具有指向性强，能量消耗较慢，在介质中能传播较远的距离等优点。如今在市场上，大部分的超声波测距系统都是以单片机作为主控制芯片来进行进一步的系统设计。随着人们对引起测量误差因素的深入了解以及采取办法尽可能的减少误差，电子技术以及智能控制得到了更好的发展，因而超声波测距系统对较高时钟频率和对时序的控制能力则需要进一步加强。在日常生活中，它主要应用于倒车雷达、物位测量仪、移动机器人避障、建筑施工工地以及一些需要非接触测距的工业现场等。可见其应用前景很广阔，非常具有研究意义。

通过此次课题设计，掌握超声波测距系统的原理，理解其各模块的工作过程，并在此基础上确定硬件设计与软件设计的方案。了解该设计中所用到的各芯片结构、引脚功能，以及如何实现系统功能等几个方面的知识，提高自己的动手能力与设计能力，将理论付诸于实践，真正做到学以致用。

2 超声波测距仪工作原理

2.1 超声波简介

超声波属于声波范畴，其频率高于20000Hz，具有方向性好，穿透能力强，能在水中传播较远距离等优点。在医药、军事、矿业、工农业等领域均具有很广泛的应用[4]。

声音的频率是其每秒振动的次数，以赫兹（Hz）为单位。由于超声波的频率很高，而人耳能听到的声音频率范围为20Hz-20000Hz，大于人耳听觉上限，因此才被命名为超声波。超声波在医学诊断中被广泛使用，其使用频率为1MHz-5MHz。

从理论研究结果来看，在保证其振幅相同时，一个物体振动的能量与振动的频率成正比，超声波在介质中传播的过程中，振动的频率很高，即能量很大。在中国北方干燥的冬季，需要对空气进行加湿，这时就可以把超声波通入水罐中，剧烈的振动产生很大的能量，罐中的水就被振成许多小雾滴，再用风把雾滴吹入室内，室内的湿度就会增大，这里就很好的利用了超声波的特点来对空气进行加湿。在医学上，有些病人无法自己吸入药物，就利用同样的原理，把药液雾化，让病人吸入，这样可以显著提高疗效。利用超声波碎石这是超声波众所周知的一个用途，超声波振动时会产生的巨大的能量，可以使人体内的结石破碎，从而达到治愈的目的。总而言之，超声波的应用十分广泛，也帮助人们解决了很多复杂的问题。

2.2 超声波测距仪原理

超声测距通常采用回声探测法，通过超声波的发射模块向某一方向发射出超声波，在发射的瞬间计数器就开始计时，超声波在空气中传播，受到了阻挡，即碰到被测物体就会立刻反射回来，接收模块一接收到反射波就立刻停止计时，根据这个时间差就可得出实测距离了。已知超声波在空气中的传播速度为340m/s，查看计数器上的时间t，就可以计算出超声波测得的距离S，即：S=340t/2 [5]。

由于超声波属于声波，那么其声速就与温度有关，在传播过程中时，倘若温度变化不大，则可大致认为超声波的声速在传播的过程中也是不变的。如需十分精确的测距时，可以通过温度补偿的方法对测量结果进行校正修改。确定声速后，根据计数器上的时间，就可计算出超声波所测得的距离。这就是超声波测距系统的基本原理。其模拟过程如图2.1所示