高精度超聲波測距儀的設(shè)計和實現(xiàn)本科畢設(shè)開題報告l

1、南京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué) 院專 業(yè)題 目高精度超聲波測距儀的設(shè)計和實現(xiàn)學(xué)生姓名 學(xué)號 畢設(shè)地點指導(dǎo)教師 職稱 2011年 3月 22日1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫15002000字左右的文獻(xiàn)綜述：超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測距，測速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測量精確

2、高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波屬于機械波的范疇，超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。如今，人們對距離或長度測量的要求越來越高。超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播，定向性好、能量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強。超聲波能以一定速度定向傳播、遇障礙物后形成反射，利用這一特性，通過測定超聲波往返所用時間就可計算出實際距離，從而實現(xiàn)無接觸測量物體距離。超聲波測距由于其能進(jìn)行非接觸測量和相對較高的精度，越來越被人們所重視。超聲波測量在國防航空航天、

3、電力石化、機械材料、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量保障安全，還可以起到節(jié)約能源，降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內(nèi)部情況。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便的優(yōu)點，有利于工程實際使用。近十年來，由于微機技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)，信號處理技術(shù)以及超聲波產(chǎn)生和接收技術(shù)的發(fā)展，突破了常規(guī)超聲測量的限制，進(jìn)一步開拓了其適用范圍。由此可見，由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境(如含粉塵)具有一定的適應(yīng)能力。因此，利用超聲波測距，在許多方面有很多優(yōu)勢?？?/p>

4、之，本課題的研究是非常有實用和商業(yè)價值。 參考現(xiàn)階段的超聲波測距儀設(shè)計和應(yīng)用，從技術(shù)角度上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距

5、障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往

6、返的時間，即可求得距離。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S52單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LCD數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成，其中硬件部分主要由單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分組成。采用AT80C52來實現(xiàn)對超聲波轉(zhuǎn)換模塊、語音電路和顯示電路的控制。計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。 軟件部分主要有主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序。其中超聲波測距系統(tǒng)的核心電路設(shè)計如下：1、40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用TCT-40的壓電

7、陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行程序來產(chǎn)生。前方測距電路的輸入端接單片機P1.0端口，單片機執(zhí)行上面的程序后，在P1.0 端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭TCT-40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口，工作原理與前方測距電路相同。 2、超聲波的接收與處理 接收頭采用與發(fā)射頭配對的TCT-40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=

8、1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機處理。 主要參考文獻(xiàn)：1、單片機原理與應(yīng)用作者: 劉湘濤等主編 出版社: 電子工業(yè)出版2、單片機實例指導(dǎo)作者:李光飛 樓然苗等主編出版社:北京航空航天大學(xué)出版社3、ADC0808/ADC0809 8-BituPCompatibleA/D Converters with 8-channel Multiplexer。4、 A Mobile Robot Localization Using Ultrasonic Sensors in Ind

9、oor Environment 2. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法：超聲波發(fā)生器的選擇問題。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。 本次設(shè)計的超聲波傳感器采用壓電效應(yīng)的傳感器，材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時選擇低頻率的傳感器。回波處理方式的選擇問題。回波的處理方式上有相位差法與脈沖回波法。本次設(shè)計采用由超聲波換能器接收端獲得調(diào)制聲波的回波，經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換后，得到與放大的相位完全相同的電信號，此電信號放大后與光源的驅(qū)動電壓相比較，測得兩個正弦電壓的相位差，根據(jù)所測相位差就可算得所測距離。由于采用的是相位比較，使得測距精確度大大提高。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本次設(shè)計采用AT89S52單片機作為控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LCD數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器。并通過西門子TC35I GSM短信模塊實現(xiàn)