PIC+AT89S52单片机超声波倒车雷达的设计(4)
现今超声测距已经成为一种结合了声波特性、单片机智能控制以及电气开关来实现的非接触式测距方法，在处于相对比较恶劣的环境时，其也具有较好的适应能力，尤其是空气中声波速度较慢且变化小，拥有高分辨力，较容易检测出回波反射信号中沿传播方向上的结构信息，因此它对比在空气中的其它测距方法准确度也较高。运用超声波进行距离检测具有设计结构简单、成本低廉、反应快、计算简易且容易做到实时控制等优点，在测距精度方面完全能够达到工业要求。例如测距仪或物位测量仪等都能够基于超声波原理来实现，目前超声测距已经广泛应用于工业控制、定位测量、汽车电子以及液面等高度检测等众多方面。
2.1.3 温度与超声波的传播速度
超声波在介质中的传播速度与介质温度的变化密切相关。在倒车雷达的设计应用中，超声波的传播介质主要是空气，空气对超声波衰减产生的影响较小，完全可以忽视，但是由于在我国空气温度早晚和季节变化较大，所以由此造成超声波速度变化较大的影响不容忽视。
对于理想气体条件下的小振幅声波来说，超声波速度可以表示为：
式(2.1)中，u 为超声波在空气中的传播速度；γ 为气体热容比；p为海平面大气压强；ρ 为介质密度。又由理想气体状态方程：ρRT =Mp，可以推导出超声波在理想气体中的传播速度为：
（2.2）
式(2.2)中，R 为气体普适常量；T 为绝对温度；M 为摩尔质量。在温度为0℃的空气中，超声波速度 u0=331.45m/s。对于任意温度下，有以下关系式：
（2.3）
若采用摄氏温标t ℃，则T=273+t，则上式可变为:
（2.4）
以下给出在不同空气温度下超声波的对应速率，如表2.1
表 2.1 超声波速度与温度关系表
温度（ ）
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
声速（ ）
307 313 319 325 332 338 344 349 355 361
由上表可以看出，超声波在不同温度时的传播速度相差较大，因此为了提高系统的测距精度，应通过增加温度补偿的方法加以校正，将测温电路测得的温度送入单片机中，根据式（2.4）进行数据转换或查表得到实时的超声波速度即可
2.1.4 超声波的衰减特性
超声波在传播过程中，会有很大的衰减。由于超声波的衰减，使超声波的振幅随传播距离的变化而变化。声学理论证明，吸收衰减和散射衰减都遵从指数衰减规律。
式(2.5)中，A(x)为振幅；A0 是振动初始条件决定的常数；α 为衰减系数， α 与声波频率及传播介质的关系为：
设在距离超声接收器 x处有被测物，则空气中传播的超声波波动方程为：
式中，a 为空气介质常数；f 是声波的振动频率；ω，t 分别表示角频率和传播时间；x 为传播距离；k 为角波数；λ 为波长。在空气中 当超声波的振动频率为 40KHz 时，可得 ，则有 1/α=31m。其物理意义是：超声波在空气介质中传播，能量被吸收损耗，当声波的传播距离等于 1/α 时，声波振幅将衰减为原来的 l/e。显然，声波频率愈高，声能被吸收衰减也愈大，声波的传播距离就愈小；反之，声波频率愈低，声能的吸收衰减也愈小，声波的传播距离就愈大。