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超声波测距原理及其系统设计
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2017-11-15
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超声波是一种频率在 20KHz 以上的机械波，在空气中的传播速度约为 340 m／s（20°C时）。超声波可由超声波传感器产生，常用的超声波传感器两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波，目前较为常用的是压电式超声波传感器。由于超声波具有易于定向发射，方向性好，强度好控制，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用于无损探伤，距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。
本设计的整体框图如图 1 所示，主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 T，然后求出距离 S=CT／2，式中的 C 为超声波波速。在常温下，空气中的声速约为 340m／s。由于超声波也是一种声波，其传播速度 C 与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。因本系统测距精度要求很高，所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。超声波传播速度确定后，只要测得超声波往返的时间，如图 2 所示，即可求得距离。这就是超声波测距系统的基本原理。
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