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4.4 硬件电路的具体设计 20
4.4.1 超声波收发电路 21
4.4.2 温度检测电路 22
4.5 系统软件结构 22
4.5.1 主程序结构 23
4.5.2 超声波测距程序流程 24
4.5.3 LCD显示程序流程 24
4.6 系统主要程序 25
5 实验结果分析及改进 28
5.1 实验过程及分析 28
5.2 误差分析及改进措施 30
5.2.1 外部扩展硬件计数电路的误差分析 30
5.2.2 反射角误差分析 31
6 结论与展望 34
致谢 35
参考文献 36,3863
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展，测距与识别问题在工业中变得十分重要。例如，传统的接触式测量仪器(如钢卷尺)在测量巷道项底
板距离及巷道的变形量时，这种仪器对高于3m的顶板安设困难，且测量不准确；
对于巷道横向变形量的测量，若安设于巷道两侧之间，则妨碍人、车来往，若不
固定安设装，则测量精度低，难以监测微小变形。又如在自动化装配、检测、分
类、加工与运输等过程中，要对随意放置的工件进行作业，这就必须对工件的位
置、形状、姿势、种类自动地进行判别，尤其在在工件运输过程中进行识别，则
问题更为复杂与困难，因此人们急切需要非接触式测距仪。
目前，非接触式测距仪常采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达测距仪造
价偏高，不利于广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声
波测距方法具有明显突出的优点。
超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电等测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素影响的优点，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，限制了超声波测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。
1.2 超声波技术的发展
1.2.1 超声波概述
在弹性媒质中传播的应力、质点位移、质点速度等量的变化称为声波，当声波频率高到超声频率范围时，则称为超声波。从通俗的角度讲，超声的命名是相对于人耳的听域范围而言的，正常人所能听到的声音频率在20Hz～20kHz范围内，当声波频率超越了人耳可听范围上限20kHz时，就成为超声。
超声波的一些突出特点使它可以在生产生活中得到广泛应用: (1)波长短，超声波隶属于声波,在介质中的传播速度即与声波传播速度相同。按照20℃时超声波在空气中的传播速度计算，其波长为1.7cm。在不同介质中，超声波长也有所不同。例如：在液体中使用的超声波，波长为15cm～1.5cm；金属超声探伤所用的波长为1.2cm～0.4cm。这个数量级的波长已接近可见光的波长了，那么超声波就具有了一些似光线的物理性质。如沿直线传播、反射、折射、散射甚至具有干涉和衍射现象；(2)功率大，高频率就意着声波在传播过程中获得了高功率。一般来说，连续波超声的功率在几毫瓦～几十千瓦之间，脉冲波超声可扩充到几分之一毫瓦～几兆瓦。虽然在传播过程中能量的衰减也很严重，但信号源的高能量无疑为超声的广泛应用提供了前提。
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