超聲波測(cè)距儀以和示波器培訓(xùn)課件

超聲波測(cè)距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案一：基于CPLD和單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)方案。測(cè)距中的時(shí)間是通過(guò)高精度的晶體振蕩器作為時(shí)鐘信號(hào)源來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量，同時(shí)使用CPLD代替常用的單片機(jī)純軟件方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)作控制以減少誤差。由CPLD完成超聲波的發(fā)射和接收，并精確記錄回波時(shí)間，克服了單片機(jī)的速度限制，可以使記錄回波的時(shí)間精確到ns級(jí)，系統(tǒng)精度高，成本高。2超聲波測(cè)距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案二：基于單片機(jī)的超聲測(cè)距方案，由軟件控制實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收及計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止，但超聲波信號(hào)的發(fā)射與計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)不同步，超聲波傳感器接收到信號(hào)與單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)之間不同步，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的計(jì)數(shù)頻率較低，所以單片機(jī)系統(tǒng)的測(cè)距誤差一般為厘米級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低。3超聲波測(cè)距儀以和示波器方案描述

圖1超聲測(cè)距儀系統(tǒng)總體框圖4超聲波測(cè)距儀以和示波器理論分析與計(jì)算

超聲波脈沖法測(cè)距原理：聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)障礙物阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間時(shí)間可以測(cè)量到，那么就可以計(jì)算出從聲源到目標(biāo)的距離。本設(shè)計(jì)中聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見(jiàn)的超聲波。室溫下聲波在空氣中的傳播速度是340m/s，測(cè)量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是t秒，則聲波經(jīng)過(guò)的距離d可以由以下公式計(jì)算：

d=34000(cm/s)×t(s)

因?yàn)槁暡ń?jīng)過(guò)的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。5超聲波測(cè)距儀以和示波器電路設(shè)計(jì)（超聲波發(fā)射模塊）圖2超聲波發(fā)射模塊電路原理圖6超聲波測(cè)距儀以和示波器電路設(shè)計(jì)（超聲波接收模塊）圖3超聲波接收模塊電路原理圖7超聲波測(cè)距儀以和示波器電路設(shè)計(jì)（電源模塊）圖4電源模塊電路原理圖8超聲波測(cè)距儀以和示波器電路設(shè)計(jì)（控制與顯示模塊）圖5控制模塊電路與顯示模塊電路9超聲波測(cè)距儀以和示波器超聲波測(cè)距儀整體設(shè)計(jì)圖圖6超聲測(cè)距儀整體原理圖10超聲波測(cè)距儀以和示波器測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

測(cè)試儀器及測(cè)試方法在超聲測(cè)距儀發(fā)射、接收探頭正前方放置一物體做障礙物，把障礙物放置到離探頭固定距離，記錄此距離作為實(shí)際距離，再記錄超聲測(cè)距儀顯示的測(cè)量距離，通過(guò)多次不同距離測(cè)量得到測(cè)量數(shù)據(jù)，最后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。12超聲波測(cè)距儀以和示波器測(cè)試數(shù)據(jù)記錄實(shí)際距離（cm）1251015202530測(cè)量結(jié)果（cm）

6561116212530誤差（%）

50015020106.6500實(shí)際距離（cm）405060708090100150測(cè)量結(jié)果（cm）

385466748597110163誤差（%）-58105.76.27.7108.613超聲波測(cè)距儀以和示波器測(cè)試數(shù)據(jù)分析經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)的分析，測(cè)試距離在1～5cm之間時(shí)誤差都較大。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的計(jì)數(shù)頻率較低，所以單片機(jī)系統(tǒng)的測(cè)距誤差一般為厘米級(jí)。測(cè)試距離在6～150cm之間時(shí)，誤差很小，都在10%以內(nèi)。14超聲波測(cè)距儀以和示波器數(shù)字示波器設(shè)計(jì)摘要

基于AVR的示波器

一個(gè)低速的基于mega32示波器，它可以用于檢測(cè)5HZ信號(hào)，輸入電壓可在24－30V（直流）。

由VassilisSerasidis設(shè)計(jì)，于01.Dec.2007

編譯語(yǔ)言:C語(yǔ)言15超聲波測(cè)距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案一：純單片機(jī)方式。即完全由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)前級(jí)信號(hào)程控調(diào)理、采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器的控制、數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ)、波形顯示和控制電路等功能。16超聲波測(cè)距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)與FPGA結(jié)合的方式。即由單片機(jī)來(lái)完成信號(hào)調(diào)理和人機(jī)界面等頂層控制功能，而由FPGA來(lái)完成采集和信號(hào)處理等底層的核心計(jì)算。17超聲波測(cè)距儀以和示波器方案分析選擇方案一的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)規(guī)模較小，有一定靈活性，但不適宜于觀察高速信號(hào)或復(fù)雜信號(hào)。在采樣速率不是太高的情況下，可以滿足要求。方案二是在單片機(jī)的管理下，由可編程邏輯器件FPGA完成高速控制作用，例如對(duì)高速信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，而單片機(jī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA及整個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器的管理。在這里，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，而采用方案一。18超聲波測(cè)距儀以和示波器示波器總框圖19超聲波測(cè)距儀以和示波器方案描述控制器模塊以Atmega32單片機(jī)為核心的系統(tǒng)。Atmega32單片機(jī)內(nèi)置8路十位具有可選差分輸入級(jí)的可編程增益（TQFP封裝）的ADC,32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時(shí)讀寫(xiě)能力，即RWW），1024字節(jié)的EEPROM。20超聲波測(cè)距儀以和示波器理論分析（有關(guān)等效采樣分析）等效采樣分析數(shù)據(jù)采樣技術(shù)分為實(shí)時(shí)采樣和等效采樣兩種。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)采樣對(duì)信號(hào)的的捕獲能力受到了A/D最高采樣速率的限制，因?yàn)?，?shí)時(shí)采樣是在一次觸發(fā)后完成整個(gè)的采集過(guò)程，通常對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣都必須滿足Nyquist采樣定理，采樣頻率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的2倍。頻率越高就需要越高速的A/D轉(zhuǎn)換器。等效采樣的基本原理就是通過(guò)多次觸發(fā)多次采集而獲取重建信號(hào)波形。等效采樣的前提是，信號(hào)必須是周期重復(fù)的。等效采樣通過(guò)對(duì)周期的信號(hào)的多次采樣，把在信號(hào)的不同周期中采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，實(shí)現(xiàn)重建的信號(hào)波形。工作于等效采樣模式的高速數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，采樣頻率可以較低，而信號(hào)的頻率可以很高。等效采樣技術(shù)主要有順序等效采樣和隨機(jī)等效采樣。21超聲波測(cè)距儀以和示波器電路與程序設(shè)計(jì)

電路參考原理圖22超聲波測(cè)距儀以和示波器電路與程序設(shè)計(jì)PROTUES軟件虛擬仿真電路圖23超聲波測(cè)距儀以和示波器測(cè)試試結(jié)果以及分析經(jīng)過(guò)軟件模擬測(cè)試結(jié)果，示波器測(cè)試顯示正