图2-2  超声波测距原理

TR为两个超声波探头，M表示两个探头的距离的一半，超声波单次行程所走过的距离用表示，由该图可以得到：

将式(2)带入式(1)得：     (3)

在这个系统中超声波所经过的路程为：        (4)

式中：超声波在空气中的传播速度设为v，传播所耗费的时间设为t。将式(4)带入式(3)可得：

然而在H远远的大于M的条件下，式(5)变为：

这被称为时间差方法。起首，检测出超声波从发射探头到障碍物返回所需要的时间，然后使用该时间乘以波速就能够得到声音发射端与障碍物之间的距离。

    由于使用了超声波去丈量实际的距离，那么使用的超声波就应该具有合理的频率，只有满足这样的条件才能够到达实际我们所需要的传播距离。只有这样才能够满足获得它所需要的回波功率，在回波功率得到满足的条件下，我们所设计的接收电路才能发挥作用进行回波信号检测以及防止外界环境产生的干扰。通过大量的分析以及许许多多的实验得到理想的结果，这个结果就是声波的频率为40khz在空气中有理想的传播效果，并且我们所需要的声波会在时间差极小的情况内被电路调制成一个拥有一定的时间间隔的调制脉冲波信号。有四个可能的因素会影响到它的测量距离和测量效果它们分别是波的幅度、接收和发射波之间的夹角、反射波的质量以及接收换能器的灵敏度。我们为了减小实验误差以及增加测量的范围可以通过使用多个超声波换能器进行测量。试验中我们会用到波速来计算距离，由于超声波波的波速c与温度有关。如表2-1给出了在不同温度下的波速。当波速确定后，只需要测得波所用的时间就可以得到距离。

表2-1 声速与温度的关系

温度(℃) -30 -20 -10 0 10 20 30 100

声速（m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386

3 系统硬件设计

依照我们设计该系统时的目的，该系统大概由几个模块组成它们分别是显示模块、发射与接收模块、供电模块以及单片机控制模块。

我们将使用AT89S51单片机作为我们的控制核心，由于我们在学校会经常用到这种单片机，所以使用起来会比较顺手，而且它工作起来也是比较稳定的。我们将利用单片机的输出端驱动超声波发射。众所周知三级管放大电路结构比较简单，调试起来也相对比较方

便所以我们使用它作为接收电路。图3-1为系统整体模块。

                       图3-1 系统的整体模块

3。1 AT89S51单片机

AT89S51是一款性价比很高的单片机，它不但功耗的而且性能还高,片内的flash存储的大小是4kb。它使用的是该公司比较高级的生产工艺（高密度非易失性存储技术），兼容标准8051指令系统及引脚。我们不仅可以使用在线编程而且可以使用传统办法编程，这便是它的强大之处，这种单片机现在已经灵活运用于各个控制领域。

主要性能参数：文献综述

·与MCS-51产品指令系统完全兼容