臺灣博碩士論文加值系統

超音波量測系統的構成元件容易取得、價格便宜、且容易完成，如果能提高他的量測性能量，超音波量測的應用將更為寬廣。基於這個理念，本論文的目的在研究單頻超音波測距功能將超音波發射器向某一方向發射超音波，在發射的同時開始計時，超音波在空氣中傳播，途中碰到目標物就立即返回來，超音波接收器收到反射波後就立即停止計時，而得到量測結果。聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即s=340t/2，這就是所謂的時間差測距法。除以2是因為它是算來回的時間而一半就是我們要的距離。但是接收端必須收到足夠的超音波能量才會有訊號觸發，然而在這個情況下接收到的訊號並不一定是第一個抵達的觸發波，所以在這種情況下就會有誤差的產生，而本論文的目的就是利用軟體在做其誤差的修正補償來讓測距準確度提高。本測距系統及誤差的補償用的軟體程式是使用組合語言(Assembly Language)撰寫而成。所使用之控制晶片為8051微電腦單晶片，此控制器是由一個8位元的CPU組成，另有32個I/O腳，共分為4個輸出入埠，128byte RAM，2個計時/計數器，來做為訊號的發射、接收、計數及距離的轉換。我們的研究確時提高了超音波量測的精度。

The advantages of the Ultrasonic Ranger Finder(URF) are simple hardware, easy to obtain the components and the components are inexpensive. Our researches are to investigate the performances of the single frequency ultrasonic range finder to the best accuracy for high precision measurement. The time of flight ranging algorithm is the typical method for the range measure. But in this TOF method, the specific returned signal must have sufficient amplitude and the pulse shape, otherwise, there will have accuracy errors. We have used the software as well to compensate the errors and to increase to a satisfactory accuracy of measurement.

目錄
中文摘要 ………………………………………………………………. i

英文摘要 ………………………………………………………………. ii

誌 謝 ………………………………………………………………. iii

目 錄 …………………………………………………………….... iv

圖表目錄 ………………………………………………………………… vi

第一章 緒論
1.1 前言…………………………………………………………… 1
1.2 研究動機與目的……………………………………………… 1
1.3 論文架構 ……………………………………………………… 3
第二章 研究背景與系統原理
2.1 超音波的概念及超音波感測器基本架構……………………… 4
2.1.1 超音波的產生與接收 ……………………………… 5
2.1.2 超音波感測器種類 ……………………………………………… 6
2.1.3 距離量測之超音波感測器 ………………………………. 8
2.1.4 超音波感測器的使用限制 ………………………………. 10
2.2 超音波測距的方式 …………………………………………… 12
2.2.1 超音波脈波回波法 ………………………………………. 12
2.2.2 超音波相位差法 …………………………………………. 15
2.2.3 雙頻測距法 ……………………………………………. 17
第三章 系統設計
3.1 8051之功能說明 ……………………………………………. 19
3.2 系統實現 ………………………………………………………. 21
3.2.1 系統概述 ………………………………………………………… 21
3.2.2 軟硬體電路說明 ............................... 24
3.2.2.1 發射電路 ……………………………………………… 24
3.2.2.2 接收電路 ……………………………………………… 26
3.2.2.3 計時器 ……………………………………………… 27
3.2.2.4 距離運算 ……………………………………………… 31
第四章 量測與校正結果
4.1 誤差分析及實驗數據 ………………………………………… 34
4.2 校正分析及實驗數據 ………………………………………… 49
4.3 隨機量測 ……………………………………………………… 56
4.4 各距離量測 …………………………………………………… 62
第五章 結論 …………………………………………………………… 75
參考文獻 ………………………………………………………………………… 76
附 錄 ………………………………………………………………………… 78
發表文章 ………………………………………………………………………… 81

參考文獻



[1]黃茂坤編著，“工業用超音波檢測實務彙編”，中船公司編印，
pp.1~2，1997 年6月
[2]陳瑞和編著，“感測器”，全華圖書出版，pp.479~484，1994 年
10 月。
[3]Y. Han and H. Hahn, “Localization and Classification of Target
Surfaces Using Two Pairs of Ultrasonic Sensors,” Elsevier Science on obotics and Autonomous Systems, Vol.1, pp.31-41, 2000.

[4]鍾曜光,“壓電式微超音波感測器”, 2001年,臺灣大學,碩士論文, 民國九十年六月。

[5]S.C Liao, “The Simulation of the Resonance Effect on Blood Pressure and Flow”, Master dissertation of National Taiwan Univ. 1992.

[6]林宏益， “脈波/回音式超音波器官微共振量測系統”,成功大學,碩士論文，民國九十一年六月。

[7]張建風， “異波速煤體相位差測距系統之研發”,中央大學,碩士論文,民國九十二年七月。

[8]陳能傑，“組合語言入門與應用”， 儒林圖書出版

[9]蔡朝洋，“單晶片微電腦8051/8751原理與應用”， 全華圖書出版

[10]張順雄、張忠誠、李榮乾，“電子元件與電路理論上冊”，東華書局，1996 年 2月

[11]劉銘中，林進誠, “MCS-51單晶片原理與應用”,儒林圖書出版, pp.5-4~5-5

[12]Y. Ando and S. Yuta, “Following a Wall by an Autonomous Mobile Root with a Sonar-Ring,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol.4, pp.2599-2606, 1995.

[13]Y.P Hwang, “Application of Contaminants Sensing and Capturing Techniques to Range Hood during Home Cooking”, Master dissertation of National Cheng Kung Univ. 2000.

[14]S tefan Ko c i s , “Ultrasonic Measurements and Technologies”, PP.64-76, Chapman & Hall, UK, 1996.