超聲測距儀的研制.doc
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超聲測距儀的研制,摘要：超聲測距有不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、信息處理簡單可靠等優(yōu)點，對于被測物處于黑暗、有毒、煙霧等惡劣環(huán)境中有一定的適應(yīng)能力，因此可以廣泛應(yīng)用。本文詳細介紹了一種基于單片機的脈沖反射式超聲測距系統(tǒng)。文中首先闡述了超聲傳感器的原理及特性；對于測距系統(tǒng)的超聲波頻率、信號脈沖、器件型號等主要參數(shù)進行了討論；在介紹了超聲...
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摘要：
超聲測距有不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、信息處理簡單可靠等優(yōu)點，對于被測物處于黑暗、有毒、煙霧等惡劣環(huán)境中有一定的適應(yīng)能力，因此可以廣泛應(yīng)用。本文詳細介紹了一種基于單片機的脈沖反射式超聲測距系統(tǒng)。文中首先闡述了超聲傳感器的原理及特性；對于測距系統(tǒng)的超聲波頻率、信號脈沖、器件型號等主要參數(shù)進行了討論；在介紹了超聲測距各模塊功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成并對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯示部分的硬件設(shè)計方案進行了論證。根據(jù)系統(tǒng)要求采用模塊化的編程思路完成系統(tǒng)的算法設(shè)計，實現(xiàn)超聲發(fā)射和距離顯示功能。最后通過軟硬件的綜合調(diào)試實現(xiàn)短距離超聲測距系統(tǒng)的基本功能。
關(guān)鍵詞：超聲測距；傳感器；單片機
Abstract：
The ultrasonic distance measuring technology is free of light effect, and has advantages of simple structure, low costs, simple reliable information processing etc; it also has certain adaptive capacity for measured things which are in abominable environment, such as dark, poisonous, smoggy. Hence, this technology is widely applied. This paper has presented a microcontroller-based single-pulse reflection ultrasonic distance measuring system. The ultrasonic sensor’s basic principle and characteristics are expounded in the paper, regarding the range measuring system ultrasonic wave frequency, the signal pulse, the component models and so on the main parameter has carried on the discussion; and in the foundation of introducing ultrasonic distance measuring system functions, the total system constitution was proposed and hardware design proposal of the system launching, receiving, examination and displaying modules are demonstrated. According to the system requests, the system the algorithm is designed by modular the programming mentality, the ultrasonic launching and the distance-amplitude displaying function is completed. Finally through software and hardware synthesis debugging, the basic measuring function of the system in short range is realized.
Key words : Ultrasonic distance measuring, Sensors, Microcontroller
目 錄
第 1 章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 課題意義 1
1.3 設(shè)計及論文主要內(nèi)容 2
第2章 超聲測距基本原理 3
2.1 超聲測距系統(tǒng)的基本原理 3
2.2 超聲波換能器 4
2.3 超聲波換能器特性 5
第3章 超聲測距系統(tǒng)的總體設(shè)計與方案比較 8
3.1 信號源的產(chǎn)生 8
3.2 接收信號前置放大 10
3.3 帶通濾波器 10
3.4 自動增益放大電路 11
3.5 峰值檢出及門限檢測 11
第4章 超聲測距系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 13
4.1 系統(tǒng)電源設(shè)計 13
4.2 微處理器選擇 14
4.2.1 微處理器簡介 14
4.2.2 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計 15
4.3 超聲換能器的選擇 17
4.4 超聲測距主要電路實現(xiàn) 18
4.4.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計 18
4.4.2 超聲波接收電路設(shè)計 20
4.4.3 顯示單元設(shè)計 21
第5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23
5.1 程序設(shè)計 23
5.2 程序?qū)崿F(xiàn) 23
第6章 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 25
6.1 系統(tǒng)調(diào)試 25
6.2 誤差分析與改進方法 27
6.2.1 發(fā)射角和入射角對接收信號的影響 27
6.2.2 聲速變化引起的誤差 27
6.2.3 時間計量誤差 27
6.2.4 超聲探頭擺放位置的影響 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻 30
附錄1 超聲測距實現(xiàn)主要源程序代碼 31
附錄2 實物圖 35
附錄3 電路圖 36
參考文獻
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[4] 鄧長明，宿小輝著.小功率直流高壓電源模塊制作工藝[J].電子工藝技術(shù).2000，9（21）:32-35.
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[17] Byrne G, Dornfeld D. Tool condition monitoring (TCM)-The status of research and industrial application[J]. Annals of the CIRP, 1995, 44(2) :24-25.
[18] Figueroa J F,Doussis E. A hardware2level method to improve the range and accuracy of an ultrasonic ranging system[J]. ACUSTICA ,1993 ,78:226 - 232.
超聲測距有不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、信息處理簡單可靠等優(yōu)點，對于被測物處于黑暗、有毒、煙霧等惡劣環(huán)境中有一定的適應(yīng)能力，因此可以廣泛應(yīng)用。本文詳細介紹了一種基于單片機的脈沖反射式超聲測距系統(tǒng)。文中首先闡述了超聲傳感器的原理及特性；對于測距系統(tǒng)的超聲波頻率、信號脈沖、器件型號等主要參數(shù)進行了討論；在介紹了超聲測距各模塊功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成并對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯示部分的硬件設(shè)計方案進行了論證。根據(jù)系統(tǒng)要求采用模塊化的編程思路完成系統(tǒng)的算法設(shè)計，實現(xiàn)超聲發(fā)射和距離顯示功能。最后通過軟硬件的綜合調(diào)試實現(xiàn)短距離超聲測距系統(tǒng)的基本功能。
關(guān)鍵詞：超聲測距；傳感器；單片機
Abstract：
The ultrasonic distance measuring technology is free of light effect, and has advantages of simple structure, low costs, simple reliable information processing etc; it also has certain adaptive capacity for measured things which are in abominable environment, such as dark, poisonous, smoggy. Hence, this technology is widely applied. This paper has presented a microcontroller-based single-pulse reflection ultrasonic distance measuring system. The ultrasonic sensor’s basic principle and characteristics are expounded in the paper, regarding the range measuring system ultrasonic wave frequency, the signal pulse, the component models and so on the main parameter has carried on the discussion; and in the foundation of introducing ultrasonic distance measuring system functions, the total system constitution was proposed and hardware design proposal of the system launching, receiving, examination and displaying modules are demonstrated. According to the system requests, the system the algorithm is designed by modular the programming mentality, the ultrasonic launching and the distance-amplitude displaying function is completed. Finally through software and hardware synthesis debugging, the basic measuring function of the system in short range is realized.
Key words : Ultrasonic distance measuring, Sensors, Microcontroller
目 錄
第 1 章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 課題意義 1
1.3 設(shè)計及論文主要內(nèi)容 2
第2章 超聲測距基本原理 3
2.1 超聲測距系統(tǒng)的基本原理 3
2.2 超聲波換能器 4
2.3 超聲波換能器特性 5
第3章 超聲測距系統(tǒng)的總體設(shè)計與方案比較 8
3.1 信號源的產(chǎn)生 8
3.2 接收信號前置放大 10
3.3 帶通濾波器 10
3.4 自動增益放大電路 11
3.5 峰值檢出及門限檢測 11
第4章 超聲測距系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 13
4.1 系統(tǒng)電源設(shè)計 13
4.2 微處理器選擇 14
4.2.1 微處理器簡介 14
4.2.2 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計 15
4.3 超聲換能器的選擇 17
4.4 超聲測距主要電路實現(xiàn) 18
4.4.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計 18
4.4.2 超聲波接收電路設(shè)計 20
4.4.3 顯示單元設(shè)計 21
第5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23
5.1 程序設(shè)計 23
5.2 程序?qū)崿F(xiàn) 23
第6章 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 25
6.1 系統(tǒng)調(diào)試 25
6.2 誤差分析與改進方法 27
6.2.1 發(fā)射角和入射角對接收信號的影響 27
6.2.2 聲速變化引起的誤差 27
6.2.3 時間計量誤差 27
6.2.4 超聲探頭擺放位置的影響 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻 30
附錄1 超聲測距實現(xiàn)主要源程序代碼 31
附錄2 實物圖 35
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[13] 賈寶賢，邊文鳳.壓電超聲換能器得應(yīng)用與發(fā)展[J].壓電與聲光.2005，27(2):23-30.
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[18] Figueroa J F,Doussis E. A hardware2level method to improve the range and accuracy of an ultrasonic ranging system[J]. ACUSTICA ,1993 ,78:226 - 232.
