51单片机的超声波物料高度检测系统设计+电路图(3)
2.2 超声波的介绍
超声波实质上是一种机械波，其频率大于20KHZ，能够在不同的介质之间传播。超声波作为测量媒介的一种，具备一些其他测量媒介所无法具备的优良特性：
（1）超声波的频率大于人耳的听力极限，人们压根无法听到该声波，所以根本无须担心它是否会对周围环境造成噪音干扰。而且，也完全不用担心拥有较高频率的超声波将对人体安全健康构成威胁。
（2）测量媒介在传播时无可避免地将产生能力衰减，超声波传播时可以保证其能量会以较慢的速度减弱。因此，它便可以拥有比其他媒介更远的传播范围。
（3）超声波的指向性强且方向性好。当超声波的频率越高的时候，超声波的指向性越强，能够传播的距离也越远。
超声波具有反射性，当传播中遇到不同的介质的时候，超声波的波长又小于超声反射界面，就会发生超声波的反射。
除了这些超声波自身所具有的优良特性之外，超声波对于较为恶劣的环境，比如黑暗、有毒、灰尘、电磁干扰有一定的适用性。
2.3 超声波测距的原理
采取超声波进行物料高度检测，如下三种为测距系统中典型的工作方法：
（1）声波幅值法
其工作原理：测量回波的幅值，由该幅值算出需测距离。如果本设计选用声波幅值法，那么该系统的硬件结构便是最简单且成本最低，然而该系统中的回波会产生很大干扰，该误差直接导致系统无法具备很好的测量精度。
（2）相位检测法
其工作原理：测量发射波的相位以及回波间的相位，由该相位差算出需测距离。如果本设计选用相位检测法，那么该系统便具有相当好的测量精度，然而这个系统的算法也是最复杂的且是最精准的，因此该系统构建起来较为困难，实用性不好。
（3）渡越时间法
其工作原理：测量超声波自发射至返回的时间差，由该时间差算出需测距离。与上面两种测量方法相比，选用时间渡越法设计的系统在软件设计和硬件控制方面都可以更简单地构建，而且系统在精度以及测量距离方面，也都可以很好地达到要求，并且该电路的都能够很容易地实现。所以该方法便成为测距方式中应用最广泛的，所以本系统便选用这个方法。
利用超声波测量距离的原理，主要是根据公式：
L = C*T / 2 （2.1）
式中： L：待测距离；
C：超声波速度
T：超声波传播时间
一般情况下，C取温度值为20℃时的速度，这样的话，就只需要测量时间T即可得到待测量L