基于单片机的超声波测距仪设计文献综述

文献综述

1、课题研究的背景及意义

随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。超声波技术己经从最初的理论研究发展到大范围地应用在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量、岩体检测等方面。超声波在测距方面具有以下突出的优点：一是环境介质可为空气、液体或固体等，适用范围广泛；二是对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强等恶劣环境中，可以降低劳动强度；三是超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。在超声波探伤、自动泊车系统和倒车雷达系统中，超声波测距有其重要的应用。现在在超声波测距方面，单片机的使用正在成为主流。本课题的将基于单片机设计出性能优良的超声波测距仪。未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要而且有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日常发展的社会需求，具有很高的研究意义^[1-5]。

2、国内外控制水平发展及现状

对于现如今高速发展的科学技术和越来越智能化的社会生活来说，超声波测量技术还需要不断发展，来满足社会进步的需耍。五十年代，我国开始从国外引进超声波仪器，多是笨重的电子管式仪器。如英国的UCT-2超声波检测仪，重达24Kg，各单位积极开展试验研究工作，在一些工程检测中取得了较好的效果。五十年代末六十年代初，国内科研单位进口了波兰产超声仪，并进行仿制生产。随后，上海同济大学研制出CTS一10型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪器重约20Kg，该仪器性能稳定，波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用，建工部门使用不多。直至七十年代中期，因无损检测技术仍处于试验阶段，未推广普及，所以仪器没有多大发展，仍使用电子管式的UCT-2，CTS一10型仪器。1976年，国家建委科技司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后，国家建委将混凝土无损检测技术列为重点攻关项目，组织全国6个单位协作攻关。从此，无损检测技术开始进入有计划，有目的的研究阶段。随着电子工业的飞速发展，半导体元件逐渐代替了电子管器件，更有利于无损检测技术的推广普及。如罗马尼亚N2701型超声波测试仪，是由晶体管分立元件组成，具有波形和数码显示，仪器重量10Kg。七十年代，英国CN.S公司推出仅有3.5Kg重的PLJNDIT便携式超声仪，达到了国际先进水平。目前，计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基木情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用户的要求。现阶段的超声波测距还没有到达顶峰，还有很大的发展空间，而怎样实现超声波测量技术的更智能化，更实用性，是今后超声波测量技术的发展方向。超声波技术不断得到完善并趋于成熟，与发达国家相比，目前我国所研制出的超声波测距系统在性能方面有了很大的改善，但在精度等方面仍然很落后。高速度和高效率是现代化工业的标志，这些都是建立在高质量的基础之上，精度作为高质量的一个重要指标，需要加大力度对其进行研究。另外，我国正在使用的高精度超声测距系统大多从国外进口，很大程度制约了工业的发展，增加了工业生产线投资成本，由于工业发展以及经济成本的制约，在超声波测距系统的研制和使用方面我国迫切的需要加大国产化的力度。因此，为了使我国的工业化生产与装配立足国内、走向世界，对超声波测距系统精度和实时性问题进行研究具有很高的实际意义^[6-11]。

3、超声波测距方法

总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了^[12-24]。