基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的開題報(bào)告.pdf

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 開題報(bào)告開題報(bào)告 題題 目目 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系系 部部 自動化系 專專 業(yè)業(yè) 電氣工程及自動化 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 王明磊 學(xué)號學(xué)號 2008031421 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 傅忠云 職稱職稱 講師 畢設(shè)畢設(shè)地點(diǎn)地點(diǎn) 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 A3 406 實(shí)驗(yàn)室 2012 年 2 月 29 日 填 寫 要 求 1 開題報(bào)告只需填寫 文獻(xiàn)綜述 研究或解決的問題和擬 采用的方法 兩部分內(nèi)容 其他信息由系統(tǒng)自動生成 不需要手 工填寫 2 為了與網(wǎng)上任務(wù)書兼容及最終打印格式一致 開題報(bào)告采 用固定格式 如有不適請調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)表格大小并保持整體美 觀 切勿輕易改變格式 3 任務(wù)書須用 A4 紙 小 4 號字 黑色宋體 行距 1 5 倍 4 使用此開題報(bào)告模板填寫完畢 可直接粘接復(fù)制相應(yīng)的內(nèi) 容到畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 課題任務(wù)情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 撰寫結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 課題任務(wù)情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 撰寫1500 2000字左右的文獻(xiàn)綜述 字左右的文獻(xiàn)綜述 1 1 1 1 超聲波測距系統(tǒng)的研究背景超聲波測距系統(tǒng)的研究背景 人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的 它的頻率在 20HZ 20KHZ 范圍內(nèi) 超過 20KHZ 稱為超聲波 低于 20HZ 的稱為次聲波 常用的超聲波頻率為 40KHZ 由于超 聲波指向性強(qiáng) 能量消耗緩慢 在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn) 因而超聲波經(jīng)常用于距 離的測量 如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn) 利用超聲波檢測往 往比較迅速 方便 計(jì)算簡單 易于做到實(shí)時(shí)控制 并且在測量精度方面能達(dá)到工 業(yè)實(shí)用的要求 超聲波技術(shù)以廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 通信 醫(yī)療以及家用電器 等領(lǐng)域 1 21 2 超聲波測距系統(tǒng)的研究意義超聲波測距系統(tǒng)的研究意義 超聲波測距系統(tǒng)如今可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域 就針對應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)領(lǐng)域 該系 統(tǒng)采用單片機(jī)為核心 結(jié)合發(fā)射和接受模塊構(gòu)成整個(gè)的測距系統(tǒng) 倒車?yán)走_(dá)是用來 探測車身和周圍的障礙物并顯示其距離 以幫助駕駛員安全倒車或泊車的輔助電子 設(shè)備 在很多的汽車中逐漸普及應(yīng)用 而且較多的應(yīng)用了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的超聲波 發(fā)射和接收探頭 采用兩種探頭能夠降低整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本 為能夠更廣泛的應(yīng) 用超聲波測距系統(tǒng)打了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 因此 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有廣泛的運(yùn)用價(jià)值和意 義 1 31 3 超聲波測距超聲波測距系統(tǒng)系統(tǒng)的基本原理的基本原理 超聲波測距的方法有很多種 如相位檢測法 聲波幅值檢測法和往返時(shí)間檢測 法等 相位檢測法雖然精度高 但檢測范圍有限 聲波幅值檢測法容易受反射波的 映像 本系統(tǒng)采用超聲波往返時(shí)間檢測法 其原理是 檢測從超聲波發(fā)生器發(fā)出的 超聲波 經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間即往返時(shí)間 往返時(shí)間與氣體介質(zhì)中的 聲速相乘再除以 2 就是檢測的距離 即有 L V T 2 想要通過時(shí)間測量超聲波傳播的時(shí)間的準(zhǔn)確性確定距離 聲速 V 就必須要準(zhǔn)確測定 實(shí)際上聲速雖介質(zhì)的溫度 壓力等變化而變化 一般條件下 由于大氣壓力變化很 小 因此傳播速度就主要受溫度的影響 在我們的設(shè)計(jì)測距系統(tǒng)中采用測量溫度的 方法來補(bǔ)償聲速 即用測溫元件測量實(shí)際環(huán)境的溫度來修正聲速 空氣中的聲速與 溫度的關(guān)系近似用下式表示 V 331 4 0 607T m s T 此外 準(zhǔn)確的測量目標(biāo)還要能夠精確的計(jì)算出超聲波傳播的時(shí)間 顯然能夠確 定的時(shí)間的單位越小越好 本系統(tǒng)采用的單片機(jī)的定時(shí)器 0 來計(jì)算時(shí)間 單片機(jī)采 用 12M 的晶振 那么本系統(tǒng)可精確到 1 s 的最小時(shí)間單位 計(jì)算所測量的距離可 精確到 0 0001M 顯然這已經(jīng)能夠完全地滿足我們的設(shè)計(jì)要求 超聲波測距系統(tǒng)的總電路的組成部分有 單片機(jī)控制電路 超聲波發(fā)射電路 超聲波接受電路 測溫電路 液晶顯示電路以及報(bào)警電路等共同組成 單片機(jī)控制 電路負(fù)責(zé)發(fā)生 40K 的方波信號 經(jīng)一反向器后分別送到 MAX232 的兩 TTL 電平輸 入端 然后產(chǎn)生 9V 的方波信號驅(qū)動超聲波換能器 再由超聲波接受回來 此時(shí) 就可利用單片機(jī)定時(shí)出發(fā)射和接收的時(shí)間差 那么單片機(jī)就可計(jì)算出實(shí)際的距離 并將其顯示出來 具體的硬件原理框圖如下 1 41 4 超聲波測距系統(tǒng)的展望超聲波測距系統(tǒng)的展望 隨著科技的發(fā)展 就針對超聲波測距系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可能還會應(yīng)用的更全 面 例如將來可以在汽車的四個(gè)角上分別安裝上該系統(tǒng) 這樣可以降低司機(jī)師傅在 拐彎的時(shí)候擦傷車子 而且可以在汽車前面也安裝該系統(tǒng) 可以減少因霧天或是能 見度較低的時(shí)候汽車撞車事故 無庸置疑 未來的超聲波測距儀將與自動化智能化 接軌 與其他的測距儀集成和融合 形成多測距儀 隨著測距儀的技術(shù)進(jìn)步 測距 儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能 最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力 在新的世 紀(jì)里 面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用 1 51 5 超聲波測距系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)超聲波測距系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 超聲波測距利用超聲波指向性強(qiáng) 能量消耗緩慢 傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) 利用 超聲波檢測距離 設(shè)計(jì)比較方便 計(jì)算處理也較簡單 測量時(shí)無需直接接觸被測物 并且測量精度相對高 但是基于聲波在介質(zhì)中傳播速度容易受環(huán)境 溫度 介質(zhì)等 微控制器 報(bào)警 模塊 信號產(chǎn)生驅(qū) 動模塊 信號接收放 大模塊 發(fā)生器 接收器 阻 礙 物 顯示 模塊 變化而變化 造成實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果有一定偏差 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 第三版 M 高等教育出版社 2010 2 張永瑞 電子測量技術(shù)基礎(chǔ) M 西安電子科技大學(xué)出版社 1994 3 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)竟賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 北京航空航天大學(xué)出版社 2006 4 張謙琳 超聲波檢測原理和方法 M 北京 中國科技大學(xué)出版社 1993 10 5 九州 放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊 沈陽 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2002 5 6 勝全 D18B20 數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制 M 南京 南京大學(xué)出版 1998 3 7 恒清 張靖 加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法 N 通化師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2004 10 8 晗曉 袁慧梅 單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計(jì)與抗干擾技術(shù) N 電子工藝技術(shù)報(bào) 2004 6 9 王成華 王友仁 胡志忠 現(xiàn)代電子技術(shù) 模擬部分 M 北京航空航天大學(xué)出版社 2005 2 10 臧春華 鄭步生 劉方 崔曉平 現(xiàn)代電子技術(shù) 數(shù)字部分 M 北京航空航天大學(xué) 出版社 2005 2 11 王志凌 EDA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 學(xué)院內(nèi)部 M 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 2011 2 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法 2 12 1 超聲波測距系統(tǒng)研究或解決的問題超聲波測距系統(tǒng)研究或解決的問題 設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為核心控制聲波測距儀系統(tǒng) 在廣泛借鑒了各種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)的 同時(shí) 充分考慮設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié) 包括產(chǎn)生 40KHz 的方波 在接收電路中 對所 接收方波進(jìn)行濾波 放大 整形等步驟 以及超聲波發(fā)射和接收過程中所產(chǎn)生的溫 度誤差 硬件電路誤差的分析 超聲波測距的設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)出超聲波測距的硬件結(jié)構(gòu) 2 對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波 實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收 從而實(shí) 現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離 3 對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析 4 以數(shù)字的形式顯示測量距離 2 22 2 超聲波測距系統(tǒng)擬采用的研究手段超聲波測距系統(tǒng)擬采用的研究手段 1 通過閱讀書籍掌握超聲波測距儀原理 用單片機(jī)控制超聲波的產(chǎn)生發(fā)射與接 收 2 用 4 位共陽 LED 數(shù)碼管通