超聲波測(cè)距-科研立項(xiàng)申請(qǐng)表.doc

江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院學(xué)生科研課題立項(xiàng)申請(qǐng)表項(xiàng)目編號(hào)_申請(qǐng)課題 超聲波測(cè)距儀 申 請(qǐng) 人 宋加亮 班 級(jí) 08電信 所 在 系 信息科學(xué)系 申請(qǐng)日期 2011-9-23 徐州師范大學(xué)科文學(xué)院學(xué)務(wù)部制研究課題名稱超聲波測(cè)距儀起止年月2011-9-252011-4-25-申請(qǐng)金額500成果形式實(shí)物申請(qǐng)人姓名性別男系別信科班級(jí)08電信指導(dǎo)老師姓名性別男專業(yè)計(jì)算機(jī)職稱講師課題組成員姓名性別系別班級(jí)在本項(xiàng)目中分工男信科08電信總體方案的設(shè)計(jì)男信科08電信焊接電路及調(diào)試男信科08電信編寫主程序男信科08電信查閱資料研究項(xiàng)目主要內(nèi)容超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的。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(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到日常使用的要求。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距器利用超聲波傳輸中距離與時(shí)間的關(guān)系，采用以AT89S52單片機(jī)為核心進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理，最終完成低成本、研究項(xiàng)目主要內(nèi)容高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距器的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。該測(cè)距器主要由超聲波發(fā)射器電路、超聲波接收器電路、單片機(jī)控制電路、系統(tǒng)電源電路及顯示電路構(gòu)成。整個(gè)程序采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距器的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，還能有效地解決汽車倒車，液位、水深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量問題 通過該設(shè)計(jì)能進(jìn)一步了解和加深智能化儀器設(shè)計(jì)的一般原則；熟練掌握智能化儀器與裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)方法；掌握儀器的軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)合統(tǒng)調(diào)方法與技能。掌握儀器的接口技術(shù)和程控方法；熟練掌握儀表總線的工作原理、設(shè)計(jì)步驟、編程及調(diào)試；掌握C語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件的編程與調(diào)試方法；掌握網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)計(jì)編程與調(diào)試方法。擬采取的研究方法和技術(shù)路線（包括研究工作的總體安排、步驟和進(jìn)度等）：一、設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求設(shè)計(jì)一超聲波測(cè)距儀，任務(wù)：（1） 了解超聲波測(cè)距原理。（2） 根據(jù)超聲波測(cè)距原理，設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。設(shè)計(jì)一超聲波測(cè)距儀，要求：（1） 設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。（2） 對(duì)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(cè)量物體間的距離。（3） 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析。（4） 以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。二、總體設(shè)計(jì)思路（1）超聲波測(cè)距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為t，由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（ms）313319325323338344349386(2) 超聲波測(cè)距儀原理框圖如下圖所示單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時(shí)器單片機(jī)控制顯示器（3）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。三、設(shè)計(jì)的進(jìn)程安排序號(hào)階段及所需時(shí)間主要完成內(nèi)容1第一階段：（14周）審題，查閱相關(guān)資料完成開題報(bào)告2第二階段：（510周）依據(jù)相關(guān)的資料進(jìn)行總體設(shè)計(jì)3第三階段：（1115周）采用萬(wàn)用版進(jìn)行元器件焊接4第四階段：（1620周）采用C語(yǔ)言進(jìn)行主程序編寫5第五階段：（2127周）系統(tǒng)總體運(yùn)行調(diào)試6第六階段：（2830周）檢查系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性研究的階段成果及最終成果：一、階段成果1、本項(xiàng)目訓(xùn)練的目標(biāo)：將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，基于AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)制作超聲波測(cè)距硬件電路，利用PROTEL畫原理圖，利用C語(yǔ)言編寫相關(guān)軟件程序，并完成系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)。同時(shí)，通過項(xiàng)目的實(shí)施，一方面培養(yǎng)各成員獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)項(xiàng)目組成員團(tuán)隊(duì)合作解決問題的素養(yǎng)。2、本項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備工作：查找相關(guān)資料，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，劃分軟硬件功能。3、組織實(shí)施（進(jìn)行任務(wù)劃分）： 硬件電路設(shè)計(jì)、元器件選型，元器件焊接以及電路板性能測(cè)試，利用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。4、項(xiàng)目實(shí)施過程中，由指導(dǎo)老師參與進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)，在充分查閱資料后進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，經(jīng)過論證和指導(dǎo)老師審核后進(jìn)行元件焊接以及單元電路調(diào)試，由責(zé)任同學(xué)完成，其他同學(xué)也可以適當(dāng)參與。適時(shí)進(jìn)行討論會(huì)，討論并解決各自所遇到的問題，如果問題比較復(fù)雜，可以延長(zhǎng)會(huì)議的時(shí)間及增加會(huì)議的次數(shù)，必要時(shí)請(qǐng)指導(dǎo)老師參加。5、項(xiàng)目結(jié)題：制作好的超聲波測(cè)距儀，項(xiàng)目實(shí)施相關(guān)的設(shè)計(jì)資料（原理圖，元器件清單，C語(yǔ)言源程序），撰寫結(jié)題報(bào)告和系統(tǒng)使用說明。二、最終成果1、超聲波測(cè)距儀電路原理圖2、基于AT89S52單片機(jī)制作的超聲波測(cè)距儀硬件電路3、超聲波測(cè)距儀C語(yǔ)言源程序5、超聲波測(cè)距儀使用手冊(cè)6、完成的系統(tǒng)可用于學(xué)生的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)本研究項(xiàng)目的科學(xué)依據(jù)和意義（包括科學(xué)學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外研究概況，發(fā)展趨勢(shì)，立論依據(jù)，特色或創(chuàng)新之處等）：超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89C52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)。隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時(shí)間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的意義。指導(dǎo)老師意見（對(duì)本項(xiàng)目的研究意義、研究方案、取得預(yù)期成果的可能性、是否同意立項(xiàng)等簽署具體意見）：該項(xiàng)目對(duì)學(xué)生單片機(jī)實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有一定的理論和實(shí)踐價(jià)值，并且得到了學(xué)校和系部