摘要
在速度测量领域，利用多普勒效应的设计不在少数。其中，多以激光多普勒测速设计或装置为主，激光以其高强度、频率单一、不易受到干扰等良好的性质受到众多多普勒测速设计者的青睐，以激光为波源做成的装置具有测速范围广4×105～104米秒、空间分辨率高、动态响应快等优点。但是，这种装置一般而言价格比较昂贵，在许多测量精度要求不那么严格的地方的应用受到了很大的限制。因此，我们设计了以超声波作为波源结合单片机用以数据处理的方案，再加上其他一些必要的电子电路，可以把整个装置集成到一块PCB板上，以电池供电。这样便解决了价格问题，提高了性价比，同时携带方便，测量精度亦在可以接受的范围内。
关键词：多普勒效应；超声波；单片机；混频放大；差频测量；模数转换；滤波整形
基于单片机的超声波多普勒测速设计
1前言
11多普勒效应
多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大，根据光波红蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度，恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度，这种现象称为多普勒效应。
测速的公式简介。多普勒效应是本设计的理论依据，深入的考虑，可基于超声波多普勒效应推导出移动物体的速度，具体公式如下：
f（1）当波源静止，观察者运动时
fuVruf0
①
（2）当波源运动，观察着静止时
fuuVsf0
②
（3）当两者同时运动时
fuVruVsf0
③
由于超声波的发生器和接收器是集中在一起的，所以当运动物体反射超声波时，应该把运动物体当做波源，而把超声波接收器作为观察者。这样，就可以结合上述公式求出运动物体的速度与多普勒频移之间的关系，如下：（1）当波源静止，观察者运动时
Vrf0f’f0f’u
④
（2）当波源运动，观察者静止时
Vsf0f’f0f’u
⑤
（3）当两者相对运动时
Vrf’f0u2f’f0Vsf’f0uf0f’Vsu
⑥
其中第⑤式的情况在实际情况中不会出现，但是注意到两者相对运动时的第⑥
式中出现了波源的运动速度Vs，这时就需要用第⑤式先求出波源的运动速度，
进而求出物体的运动速度。由上述推导公式可知，只要得到多普勒频移信号ff0，即可求得物体的运动速度Vr。
12单片机
121单片机简介
单片机是一种集成在硅片上的电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有r