單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)(開(kāi)題報(bào)告)

1、開(kāi)題報(bào)告課題題目：基于單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)姓名：某某某學(xué)號(hào)：201015340325年級(jí)專業(yè)：2010 級(jí)通信工程學(xué)期：第7學(xué)期指導(dǎo)教師：某 某 某職稱：教授開(kāi)題時(shí)間：2014.3.11海口經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目基于單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一、選題目的及意義超聲波在測(cè)距方面具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）環(huán)境介質(zhì)可為空氣、液體或固體等，適用范圍廣泛；（ 2）對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)等惡 劣環(huán)境中，可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度；（ 3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化；由于超聲波具有以上特

2、點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量物體的距離、厚度、液位等領(lǐng)域。在超聲波探傷、自動(dòng)泊車系統(tǒng)和倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，超聲波測(cè)距有其重要的應(yīng)用。隨著雷達(dá)技術(shù)、激光技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波技術(shù)也得到和不斷的更新和發(fā)展，超聲波技術(shù)己經(jīng)從最初的理論研究發(fā)展到大范圍地應(yīng)用在無(wú)損探傷、測(cè)溫、測(cè)距、流量測(cè)量、液體成分測(cè)量、巖體檢測(cè)等方面。在這期間，超聲波技術(shù)不斷得到完善并趨于成熟，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，目前我國(guó)所研制出的超聲波測(cè)距系統(tǒng)在性能方面有了很大的改善，但在精度等方面仍然很落后。高速度和高效率是現(xiàn)代化工業(yè)的標(biāo)志，這些都是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，精度作為高質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，需要加大力度對(duì)其進(jìn)行研究。另外，我國(guó)正在使用的高精度超

3、聲測(cè)距系統(tǒng)大多從國(guó)外進(jìn)口，很大程度制約了工業(yè)的發(fā)展，增加了工業(yè)生產(chǎn)線投資成本，由于工業(yè)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)成本的制約，在超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研制和使用方面我國(guó)迫切的需要加大國(guó)產(chǎn)化的力度。因此，為了使我國(guó)的工業(yè)化生產(chǎn)與裝配立足國(guó)內(nèi)、走向世界，對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)精度和實(shí)時(shí)性問(wèn)題進(jìn)行研究具有很高的實(shí)際意義。二、選題設(shè)計(jì)的思路和方案1、設(shè)計(jì)思路根據(jù)所收集的單片機(jī)有關(guān)方面的資料，對(duì)所需設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行初步分析，選擇最有效的單片機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)架，畫(huà)出測(cè)量原理圖，根據(jù)原理圖畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，并完善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，逐步完善整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，直至測(cè)量精度達(dá)到要求2、設(shè)計(jì)方案2.1 總體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)所收

4、集的單片機(jī)有關(guān)方面的資料，對(duì)所需設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行初步分析，選擇最有效的單片機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)架，畫(huà)出測(cè)量原理圖，根據(jù)原理圖畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，并完善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，逐步完善整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，直至測(cè)量精度達(dá)到要求。本系統(tǒng)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法，其原理是：超聲波從超聲波發(fā)射器發(fā)出，到達(dá)待測(cè)距離的物體后反射，最后被超聲波接收器接收。這之間的往返時(shí)間為t，超聲波在空氣中的傳播速度為v，所以根據(jù)物理學(xué)可知：待測(cè)距離為：L=vt/2往 返 時(shí) 間 t 很 容 易 測(cè) 量 ， 超 聲 波 在 空 氣 中 的 傳 播 速 度 可 由 如 下 公 式 直 接 算出： v=331.4+0.607

5、T (T 為測(cè)量環(huán)境溫度 )本超聲波測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由以下幾部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制單元，超聲波發(fā)射器，超聲波接收器，測(cè)溫電路，顯示電路，報(bào)警電路。單片機(jī)控制單元發(fā)出40kHZ 的方波信號(hào)，信號(hào)傳輸至發(fā)射換能器，將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)超聲波發(fā)射器由多諧振蕩器和功率放大器組成，負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波信號(hào)。超聲波接收器由回波放大接收電路及比較電路組成，回波放大接收電路負(fù)責(zé)將返回的超聲波接收并進(jìn)行放大處理，比較電路負(fù)責(zé)對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行分析處理測(cè)溫電路由溫度傳感器組成，負(fù)責(zé)測(cè)量周圍環(huán)境溫度，以測(cè)出該環(huán)境下的超聲波傳輸速度顯示電路選擇使用LED 發(fā)光二極管構(gòu)成的LCD 液晶顯示屏。驅(qū)動(dòng)方式有動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)兩

6、種選擇，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。報(bào)警電路由一個(gè)運(yùn)算放大器，一個(gè)發(fā)光二極管組成。如果出現(xiàn)如距離過(guò)遠(yuǎn)或干擾過(guò)大等接收不到返回信號(hào)的情況，報(bào)警電路工作，發(fā)光二極管亮起，出現(xiàn)警報(bào)。設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖如下2.2硬件設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距儀采用 51 單片機(jī) +HC-SR04 超聲波傳感器 +WT588D 語(yǔ)音芯片 +數(shù)碼管顯示 +蜂鳴器設(shè)計(jì)而成三、選題相關(guān)支持條件（理論知識(shí)、軟件及硬件條件等）1、理論知識(shí)：通過(guò)圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)查閱基于單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相關(guān)的文獻(xiàn)，以及從教材中總結(jié)。2、硬件條件：51 單片機(jī)，結(jié)合自用的電腦、筆記本。四、選題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)1.通過(guò)語(yǔ)音模塊播放出超聲波測(cè)到的當(dāng)前距離，

7、例語(yǔ)音內(nèi)容為“ 3.93M?！?.每 3 秒自動(dòng)播放一次3. 當(dāng)超出超聲波的量程時(shí)會(huì)播放“已超出量程”。4.測(cè)量范圍： 2cm-4m 。五、進(jìn)度安排（描述具體年月區(qū)間的研究進(jìn)度及內(nèi)容等）：1. 2013 年 9 月 29 日至 10 月 12 日，學(xué)生選題，確定指導(dǎo)教師；2. 2013 年 10 月 13 日至 12 月 31 日，學(xué)生在與指導(dǎo)教師充分溝通的基礎(chǔ)上，確定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）背景調(diào)查及資料進(jìn)行收集整理，并在此基礎(chǔ)上撰寫(xiě)、確定開(kāi)題報(bào)告；3. 2014 年 3 月 11 日：開(kāi)題答辯，通過(guò)后開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)資料、技術(shù)、工程的準(zhǔn)備工作；4. 第 4 周至第 5 周（ 3 月 16 日至 29 日）：學(xué)習(xí)相關(guān)開(kāi)發(fā)工具同時(shí)查閱本次設(shè)計(jì)相關(guān)論文資料就本次設(shè)計(jì)進(jìn)行需求分析 ；5. 第 6 周至第 9 周（ 3 月 30 日至 4 月 26 日）：進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，并根據(jù)分析階段所獲得相關(guān)文檔進(jìn)行設(shè)計(jì)，并初步完成各個(gè)模塊的相關(guān)功能；6. 第 9 周（ 4 月 20 日至 26 日）：中期檢查；7. 第 10 周至第11 周（ 4 月 27 日至 5 月 10 日）：測(cè)試并完成各功能模塊,形成可運(yùn)行的系統(tǒng)，并準(zhǔn)備各項(xiàng)相關(guān)材料，書(shū)寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）；8. 第 12 周（ 5 月 11 日至 17 日）：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）定稿與裝