是无害的基本上恒定的速度。通常在室温下（即 20 摄氏度）超声波在空气中的传播速 度和声音是一样的，都是 334 米/秒，但是超声波在空气中的传播速度 V 易受空气温度， 湿度，压力等很多因素的影响，其中影响最大的就是温度了，因为空气受温度热胀冷缩 的影响较大，而机械波的传播速度很大程度和密度有关，大家都知道初中物理学过密度

高的介质机械波传播速度越高。温度每升高 1℃，速度大约 0.6 米/秒的声音增加。如 果需要很高精度的测距离，应当有一定的温度补偿方法（此系统就是利用温度补偿法） 校正。已知要测物当环境温度为 T 时，超声波在空气中的传播速度 V 的计算公式为：V = 331.45 + 0.607T 。而在此设计中因为温度补偿太过复杂，并没有加入温度补偿。

3 超声波的特点和传播特性

1)超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。

2)超声波可以在各种不同的介质中传播，并可以传播足够远。

3) 超声波与传输介质的相互作用，在介质中有较好的传播效果，并且能直线传播， 抗干扰能力较强。

4） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等多种状态介质中有效传播。

5） 超声波可传递很强的能量。

6） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波作为一种机械波，就会受温度等的影响，而我们在测量中会遇到各种不同

的温度的影响，这会导致一定的误差，超声波传播在空气中传播速度的随温度变化如下 表所示。

在实际使用过程中，温度变化的不是很大的时候，可以近似为超声波的速度是不 变的，声速取 340m/s。如果测量精度要求很高，就要把温度补偿算上，通过一定的算 法实现温度补偿，从而提高精确度。但是由于正常使用不用这么高的精度，这个可以不 考虑。文献综述

4 系统方案

本设计的总体设计的系统框图如图 4.1 所示。

系统组成结构框图

这个设计是通过 keil 进行编程的，首先通过 51 单片机的 p0.1 口产生 40k 赫兹的 产生的超声波并且通过 74LS04 电路放大，送至超声波发射装置，超声波发射装置发射 超声波时同时启动中断定时器，因为单片机有计时功能 ，可以计算出超声波发射到接收 的时间。在接收装置接收反射回的超声波时，接收电路就会输出中断申请，单片机响应， 计时停止。通过这个计算出距离。

从各个方面考虑，为满足设计要求，参考了很多的相关资料，最终还是采用了 TR40-16Q 超声波传感器（T 为超声波发射端，R 为超声波接收端），由于设计要尽量地 简便，因此选用了超声波集成模块。这个模块测量可以达到 5 米， 并且精度也很高， 但是也存在一定的盲区，大概为 8 厘米，所以加入了蜂鸣器 ，如果是测量盲区就会报警。 超声波的发射角度也比较低，更能够提高测量的准确性。源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

因为超声波发射和接收并不是在一起的，要想很好地接收反射回来的超声波，就 必须要保证两个端口保持水平。由于超声波发射是发散的，在空气中传播会有一定的衰 减，因此发射端口与接收端口的距离不能太大，但是如果两者之间距离太小则会相互干 扰，因此也不能够太近。经过参考大量的资料，得出两者之间的距离在 5 cm 到 8 cm 最 为合适。