基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作
基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计2
基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计目录一、前言 (4)二、系统组成及工作原理 (4)三、系统硬件电路的设计 (5)（一）超声波发射与回波接收电路 (5)（二）超声波电信号放大电路 (5)（三）单片机控制电路和显示、报警电路 (6)四、系统软件的设计 (6)（一）主程序 (6)（二）T0中断服务程序 (8)（三）外部中断0服务程序 (9)（四）超声波发生子程序 (9)五、实现应用分析 (9)六、结语 (10)致词 (10)参考文献 (12)摘要介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。
系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产，本系统充分利用了单片机的内部资源，用软件编程产生超声波矩形脉冲，代替硬件的超声波发生电路，节省了硬件成本。
关键词：LED数码管、蜂鸣器、倒车雷达、脉冲电压、AT89C2051单片机AbstractIntroduced based on single chip microcomputer control system, the system of reverse radar using universal model microcontroller as the control circuit, convenient system function expansion. System adopts integrated circuit main components, peripheral devices, simple circuit, commissioning, low cost, convenient for commercial production, this system makes full use of the internal resources, with MCU software programming in rectangular pulse, instead of producing ultrasonic wave occurs, the hardware circuit hardware cost saving.KEY WORDS: Led numerical codes tube、 buzzer、Back-draft radar、Pulse voltage、At89c2051 monolithic integrated circuits一、前言汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。
基于单片机汽车倒车防撞系统设计与制作
基于单片机汽车倒车防撞系统设计与制作题目:基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作毕业设计说明书（论文）中文摘要随着社会经济的发展和交通运输业的不断兴旺，汽车的数量在不断的增加。
交通拥挤状况也日益严重，撞车事件也经常发生，造成了很多不可避免的人声伤亡和经济损失，面对这种情况，设计一种响应快、可靠性高并且比较经济的汽车防撞预警系统显得非常的重要。
超声波测距法是一种最常见的距离测量方法。
本文介绍的就是利用超声波测距法设计一种倒车防撞报警系统。
本文的内容是基于超声波测距的倒车防撞系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和51单片机结合于一体，设计出一种基于51单片机的倒车防撞系统。
本系统采用软硬结合的方法，具有模块化和多用化的特点。
倒车测距仪是一个由单片机控制的汽车泊车安全辅助装置。
该测距仪将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，能够测量并显示车辆后部障碍物里车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障碍物距离的缩小而缩短，司机不但可以直接观察到显示的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆的远近，解除了司机倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并可以帮助司机扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高倒车的安全性。
1.2超声波测距的研究历史与发展趋势众所周知，关于超声波的研究起始于1876年，这是人类首次有效产生的高频声波，这些年来，随着超声波技术的不断深入，再加上其具有高精度，无损，非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及，多年来已在一些领域的要应用。
超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。
但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。
基于单片机的倒车防撞预警系统毕业设计
基于单片机的倒车防撞预警系统毕业设计倒车防撞预警系统是一种能够帮助驾驶员在倒车过程中避免碰撞的设备。
本文基于单片机设计了一种倒车防撞预警系统，并进行了详细的介绍。
该系统主要由倒车传感器、控制电路、显示屏和蜂鸣器组成。
其中，倒车传感器用于检测车辆周围的障碍物，通过将传感器输出的数据传给控制电路进行处理。
控制电路根据接收到的传感器数据，计算出障碍物与车辆的距离，并控制显示屏和蜂鸣器发出相应的警报。
在设计中，我们选择了超声波传感器作为倒车传感器，因为它能够准确地测量障碍物与车辆的距离。
我们将超声波传感器固定在车辆的后部，并将其与单片机相连。
当车辆开始倒车时，超声波传感器开始工作，并将检测到的障碍物距离传给单片机。
单片机接收到传感器数据后，根据一定的算法计算出车辆与障碍物的距离，并根据距离的大小决定是否发出警报。
为了方便驾驶员了解障碍物的距离，我们在车辆驾驶室内安装了一个显示屏，用于显示障碍物与车辆的距离。
当障碍物与车辆的距离小于一定值时，系统还会通过蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员注意。
在系统的设计过程中，我们考虑到了多种因素。
首先，我们要确保传感器的数据准确性，要选择合适的传感器并进行校准。
其次，我们要考虑到驾驶员对系统的操作是否方便，要保证显示屏和蜂鸣器能够清晰地传达信息。
最后，我们还要考虑系统的可靠性和稳定性，要进行充分的测试和优化。
倒车防撞预警系统可以提高驾驶安全性，避免驾驶员在倒车过程中因为盲区而发生碰撞。
我们通过基于单片机的设计，实现了一个简单有效的倒车防撞预警系统。
通过这个设计，我们还深入了解了单片机的应用和原理。
希望这个设计能够对相关领域的研究和开发工作提供一些参考和启示。
基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现分析
• 147•本文针对以单片机为基础的倒车防撞预警系统的设计及实现展开具体论述分析，以期能够对倒车防撞预警系统的设计起到一定借鉴意义。
1 倒车防撞预警系统硬件电路的设计1.1 超声波发射和回波接收电路关于超声波发射和回波接收电路，其主要用于增大对超声波传感器起到驱动作用脉冲电压的幅值，确保电和声之间的良好转换，加大超声波发射的实际距离；同时借助于兼具收发作用的传感器针对返回的超声波实施转换，使其变为较为微弱的电信号。
1.2 超声波电信号放大电路电路图如图1所示。
1脚为超声波信号的输入端口，RC 串联网络在2脚和地面间进行连接，其是内部前置放大电路中负反馈网络系统中重要的构成部分。
利用电阻R 5的数值针对前置放大电路确立出增益。
R 5的阻值变小，相应负反馈也会变弱，放大倍数也会与之加大；相反，放大倍数就会变小。
检波电容C 3连接在3脚和地面间，适宜针对电容大小做出改变，能够变更整形电路与超声波电信号放大的灵敏程度以及抵抗外界干扰的水平。
C 3电容越大，灵敏程度越低，抵抗外界干扰的水平也就越强；C 3电容越小，灵敏程度越高，抵抗外界干扰的水平也就越弱，容易出现错误的动作。
将一个电阻接到5脚和电源之间，用来对内部带通滤波电路中心频率加基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现分析德州职业技术学院 袁秀珍图1 超声波放大和整形电路图2 单片机控制电路与显示、报警电路以设定。
如果R 6=200K Ω，则f 0=40KHz 。
将一个积分电容接到6脚和地面间，标准量值设定为330pF 。
若是这一电容量值过大，会减短实际探测距离。
7脚为电路集电极开路输出的位置，R 7为这一引脚的上拉电阻。
在电路中没有输入信号的过程中，7脚会输出高电平，当针对信号实施整形及放大处理操作之后，7脚就会输出负脉冲电压。
1.3 单片机控制电路及显示、报警电路具体电路图如图2所示，因为整个系统采用单片机的输入和输出端口很少，不对延伸功能加以考虑时，仅仅从够用和缩减成本投入的层面进行考虑，应用AT 89C2051单片机当作控制电路的关键性部件，该单片机包含20引脚，有15个I/O 端口，两个价格便宜且占据空间较小的16位定时器/计数器。
基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作毕业设计开题报告
南京理工大学毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:准考证号专业:电子工程设计(论文)题目:基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作指导教师:(姓名) (专业技术职务)材料目录2013年 1 月南京理工大学毕业设计(论文)开题报告学生姓名：专业：电子工程设计(论文)题目：基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作指导教师:2013 年2月20日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从继续教育学院网站上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：超声波检测技术是我国重点发展和推广的新技术，其具有高精度，无损，非接触等优点。
目前，已经广泛地应用在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域。
此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。
最近在欧美又出现了一种电磁感应倒车雷达。
在一线路套上一环型的感应圈(此线圈贴在后保险杠的内侧，车外表完全看不出有此装置)，以感应车后物体的有无。
此种装置价格中等，并且完全隐密，算是一种好产品，但可惜的是，安装困难(必须卸下保险杠贴在内侧)，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。
基于单片机的汽车倒车防撞报警系统设计
警系统由控制系统 、测距子系统 (超声波发送接收系 统 )和显示报警子系统组成 。 系统电路的实现简单 , 成本低 , 功耗低 , 体积小 。 系统主要 功能是当汽车挂 入倒车挡位后 , 在显示屏上显示车距 ;在汽车距障碍 物距离小于 0.50m时 , 蜂鸣器报警 。
1 超声波及其工作原理
1.1 超声波和超声波传感器 人耳的听音范围是 20Hz～ 20kHz, 超声波是一种
的低电压 、高性能 CMOS8位单片机 , 采用高密度 、非 易失性存储技术生产 , 兼容 MCS51指令系统 , 片内置 通用 8 位 中央 处理器 和 FLASH存 储单 元 。 片 内含 4kB的可反复擦写的程序存储器和随机存储器 , 随机 存储器用于存取数据 。 2.1 控制部分的设计
控制系统方框图如图 1所示 。该系统全部由单片 机控制 , 超声波发射电路能在单片机的控制下发出超 声波 。接收电路 接收到信号之后送入单片机进行处 理 , 算出车尾与障碍物之间的距离 , 将处理结果送入 显示电路进行显示 , 再按照技术指标的要求由声光报 警电路进行报警 。
外部中断子程序流程如图 7所示 。
图 6 主程序流程 图 7 外部中断子 12期
仪器仪表 /检测 /监控
3.2 仿真验证 Proteus的 ISIS是一款 Labcenter公司研制的电路
基于单片机的倒车防撞报警系统设计
3.单片机通过发射和接收的数据计算出距离，通过液晶模块显示距离，若距离小于设定值则进行报警提示
4.可以通过键盘设置提示距离值
三、工作总体安排
2019年8月至2019年9月，开始选题，收集相关资料，然后拟定题目。
2019年10月1日至2020年1月初，查阅自己所涉及知识的相关资料，复习相关知识，初步完成各个模块的电路原理图设计。
二、主要研究内容和方法、步骤、预期目的
研究内容、方法和步骤
利用超声波电路原理，用C语言编写一个完整的测距系统，实现对靠近的物体进行测距。
一、超声波测距
1.当倒车键按下时通过超声波模块测量到后方物体的距离，单片机主控模块实现超声波发射脉冲的发射和通过超声波接收模块接收到的信号计算出距离。
2.温度传感器：超声波在空气中传播速度受环境温度的影响，根据声波在空气中的传播速度与温度的关系：V = 331.5 + 0.6t（m/s），温度越高，速度增大。
2020年1月至4月在老师指导下根据电路原理图，基本完成系统模型，并完成和改进论文
2020年5月初，完成毕业论文《基于单片机的倒车防撞报警系统设计》，准备毕业论文答辩。
四、指导教师意见：
签字：
年 月 日
备注：题目类别栏应填：应用研究、理论研究、艺术设计、程序软件开发等。
只要将此系统应用于社会交通运输业中一定会对减少交通事故的发生做出更突出的贡献。
国内外研究现状：
国际上对汽车防撞的研究开始于二十世纪六十年代，以德、美、日为代表的西方国 家内开始研究，与众多汽车制造厂商合作，制造出世界上第一批汽车防撞报警器。但局 限于当时器件的发展水平和单片机成本过高， 导致报警器难以做到体积轻巧、 结构简单、 价格便宜。此外，报警器的干扰因素很多，在实验室制造的样机，对许多干扰因素考虑 不全面，使在实际得应用中，防撞效果并不让众多研究者满意。
基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计
基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计摘要本文介绍了基于AT89C51单片机设计的倒车防撞报警系统，该系统可以在车辆倒车时及时发现障碍物，并发出警报以提醒司机注意。
系统由超声波模块、AT89C51单片机、液晶显示模块、蜂鸣器、按键和继电器等组成。
超声波模块用于探测障碍物距离，AT89C51单片机实现对超声波信号的采集和处理，并通过液晶显示模块显示距离信息，当距离过近时，系统会触发蜂鸣器发出警报，并通过继电器控制后置摄像头的开关，方便司机观察周围情况。
该系统可以有效防止发生倒车事故，具有实用价值和推广意义。
关键词：AT89C51单片机；倒车防撞；超声波模块；液晶显示；蜂鸣器；继电器AbstractThis paper introduces a reverse anti-collision alarm system designed based on AT89C51 microcontroller. The system can timely detect obstacles when the vehicle is reversing and issue an alarm to remind the driver to pay attention. The system is composed of ultrasonic module, AT89C51 microcontroller, LCD display module, buzzer, buttons, and relay. The ultrasonic module is used to detect the distance of obstacles. The AT89C51 microcontroller collects and processes the ultrasonic signals, displays the distance information through the LCD display module. When the distance is too close, the system will trigger the buzzer to issue an alarm and control the on/off switch of the rear camera through the relay to facilitate the driver to observe the surrounding situation. This system can effectively prevent reverse accidents and has practical value and promotionsignificance.Keywords: AT89C51 microcontroller; reverse anti-collision; ultrasonic module; LCD display; buzzer; relay一、引言随着汽车数量的增加和停车位紧缺，倒车事故的发生率逐年上升，严重威胁着驾驶员和行人的生命财产安全。
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题目: 基于单片机的汽车倒车防撞系统的设计与制作毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目次1 绪论 (1)1.1课题设计的背景和意义 (1)1.2超声波测距的研究历史与发展趋势 (1)2 设计思想及方案论证 (3)2.1系统总体的设计思想 (3)2.2 方案选择 (3)2.1.1 显示模块 (3)2.1.2 测距传感器模块 (4)2.1.3 报警模块 (5)3 系统硬件电路设计 (6)3.1 超声波的介绍 (6)3.1.1 超声波的特点 (6)3.1.2 超声波的应用 (6)3.1.3 超声波传感器 (6)3.1.4 超声波测距原理 (7)3.1.5 超声波发射电路设计 (8)3.1.6 超声波接收电路设计 (9)3.1.7 HC-SR04超声波测距模块 (10)3.2 显示模块设计 (12)3.3 报警电路设计 (14)3.4 单片机控制电路设计 (15)3.4.1 主控芯片STC89C52 (15)3.4.2 时钟电路 (17)3.4.3 复位电路 (17)4 系统软件部分的设计 (19)4.1系统的主程序设计 (19)4.2 系统的子程序设计 (21)4.2.1 中断处理程序 (21)4.2.2 蜂鸣器分段报警程序 (22)4.3 本章小结 (23)5 硬件组装及调试 (24)5.1 硬件组装及调试 (24)5.2测量结果 (24)5.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录A 程序清单 (31)图1 单片机整体电路原理图 (37)图2 超声波测距模块原理图 (38)图3 设计实物图 (39)1 绪论1.1课题设计的背景和意义随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越为人们所关注。
由于倒车后视镜有死角，司机目测距离有误差，视线模糊等原因，倒车事故发生的频率远大于汽车前进时的事故率。
倒车事故不仅会对自己的车和他人财物造成损伤如果伤及儿童更是不堪设想。
有鉴于此，汽车产品家族中，专为倒车泊车而设计的“倒车测距仪”应运而生。
经过调查，绝大部分非职业汽车司机都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。
倒车测距仪的加装可以解决司机的后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。
倒车测距仪是一个由单片机控制的汽车泊车安全辅助装置。
该测距仪将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，能够测量并显示车辆后部障碍物里车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障碍物距离的缩小而缩短，司机不但可以直接观察到显示的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆的远近，解除了司机倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并可以帮助司机扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高倒车的安全性。
1.2超声波测距的研究历史与发展趋势众所周知，关于超声波的研究起始于1876年，这是人类首次有效产生的高频声波，这些年来，随着超声波技术的不断深入，再加上其具有高精度，无损，非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及，多年来已在一些领域的要应用。
超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。
但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。
国内外的学者在提高超声波测距精度方面作了大量的研究，影响超声波测距精度的因素包括所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传播速度，其中传输时间的精度影响较大。
许多人提出采用降低传输时间的不确定度来提高测量精度，目前，相位探测法和声谱轮廓分析法或者二者的结合是主要的降低传输时间不确定度的方法。
厦门大学的童峰提出了一种回波轮廓分析法，该方法在测距中通过两次探测求取回波轮廓包络曲线来求得回波的起点，通过这种方法使测量精度有了很大的提高。
意大利的Carullo等人介绍了一种自适应系统，发射特殊的波形来获得好的回波包络，设置一定的回波开启电平，并采用自动增益的控制放大器。
也有文献提出通过数字信号处理技术和小波变换理论来提高测量精度。
2 设计思想及方案论证2.1系统总体的设计思想本系统采用超声波测距原理，由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。
通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）。
系统的总体结构框图如图2.1所示。
图2.1系统总体结构框图2.2 方案选择2.2.1 显示模块方案一：LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。
它使用了8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。
对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。
LED数码显示有动态扫描显示法和静态显示。
方案二：点阵字符型液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，可以显示数字和西文字符。
液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码，显示方便且显示质量高、功耗低，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。
鉴于本次设计只需显示车后障碍物距离车尾的距离，显示内容比较简单，LED数码管可完全满足设计要求，且价格低廉，因此选择LED数码管显示模块。
2.2.2 测距传感器模块目前常见的测距传感器，主要有红外传感器、激光传感器、超声波传感器。
按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择：方案一：红外传感器测距其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体的反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号的强弱判断物体的距离。
方案二：激光传感器测距它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。
激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距仪和连续波相位式激光测距。
脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。
方案三：超声波测距超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。
其原理犹如蝙蝠，从嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫时，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。
超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接受来判断是否检测到物体的。
根据以上的性能比较，我们能看出激光传感器是比较理想的选择，但是其价格较高，不易为大众所接受。
考虑到车辆行驶过程中，测距应当有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，最终选择方案三。
2.2.3 报警模块报警模块可选择蜂鸣器或者语音模块。
蜂鸣器比较简单，只能发出不同频率的蜂鸣声音；语音模块可根据需求发出各种不同的语音。
本次设计仅需在车后障碍物与车尾距离到达预先设定的警戒距离范围内时发出警报音，蜂鸣器完全可以满足设计要求，故选择蜂鸣器来实现报警功能。
3 系统硬件电路设计3.1 超声波的介绍我们知道，当物体振动时会发出声音。
科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。
人类耳朵能听到的声波频率为20～20KHz。
当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。
因此，我们把频率高于20KHz的声波称为“超声波”。
3.1.1 超声波的特点超声波通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其特点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的方向性。
超声波具有以下的特点：(1) 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
(2) 超声波可传递很强的能量。
(3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
(4) 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
3.1.2 超声波的应用超声波广泛地应用在多种技术中。
超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。
(1) 工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等。
(2) 生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等。
(3) 诊断学方面的应用：A型、B型、M型、D型、双功及彩超等。
(4) 治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。
3.1.3 超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
超声波传感器的主要性能指标包括：(1) 工作频率工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
(2) 工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用超声波传感器功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）指向性超声波传感器探测的范围。
(4) 灵敏度主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
3.1.4 超声波测距原理通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了，这与雷达测距原理相似。
测量原理图如下图3.1所示。
图3.1 超声波测距原理图测距时由安装在同位置的超声波发射器和超声波接收器完成超声波的发射和接收，由定时器计时。