【正文】 吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號 100312114 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： － 教師評語：成績 評閱教師 日期 目錄第一章 緒論 3 項(xiàng)目研究背景及意義 3第二章 設(shè)計(jì)方案與論證 4 設(shè)計(jì)方案選擇 4 方案論證 4 5 超聲波測試模塊的選擇 5 超聲波的特性 5 超聲波傳感器原理 6 電源選擇 6 顯示器的選擇 6 單片機(jī)的選擇 7第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 8 主控制模塊 9 電源接口電路 10 超聲波測試模塊 11 超聲波發(fā)射模塊 11 超聲波接收電路 11 測距分析 12 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 13 復(fù)位（RST）電路的設(shè)計(jì) 13 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 14 顯示模塊 14第四章 軟件設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 主程序 15第五章 總結(jié) 16第六章 參考文獻(xiàn) 17附 錄 18附件1：原理圖 18附件2：程序 19第一章 緒論因?yàn)槌暡ㄔ诮橘|(zhì)中傳播不易受干擾，方向性好，能量集中度高，不受光線、被測對象顏色等的影響，傳播距離比較遠(yuǎn)等許多特性，因此經(jīng)常被用于距離的非接觸測量，如測距儀等。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播特性；研發(fā)高效率收發(fā)電路，對于超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著人們生活水平和科學(xué)技術(shù)的提高，越來越多的人擁有了汽車。隨著城市化的加快，道路顯得很擁擠。尤其是很多新手駕車，特別是倒車時(shí)經(jīng)常發(fā)生擦碰。經(jīng)常因?yàn)橐恍┬栴}，造成車尾的損壞，車身被刮花等損失。如果有可以測距的設(shè)備，提示車尾或車頭與障礙的距離，讓新手?jǐn)[脫倒車的危險(xiǎn)，同時(shí)超聲波測距儀較其它儀器更衛(wèi)生，因而水處理廠、食品、環(huán)保檢測等場合；更耐潮濕、耐高溫，從而被廣泛應(yīng)用于紙業(yè)和防汛灰等。可在不同環(huán)境中（電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠等）進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此為了使移動(dòng)機(jī)器人能夠自動(dòng)躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動(dòng)機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。內(nèi)容： 采用40KHz的超聲波發(fā)射和接收傳感器測量距離?？刹捎冒l(fā)射和接收之間的距離，也可將發(fā)射和接收平行放在一起，通過反射測量距離。功能：（1）LED數(shù)碼管顯示測量距離，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位（單位：cm）。（2）測量方式可通過硬件開關(guān)預(yù)置。（3）測量范圍：30cm～200cm，（4）誤差＜。（5）其它。要求：（1）掌握傳感器的工作原理及相應(yīng)的輔助電路設(shè)計(jì)方法。（2）獨(dú)立設(shè)計(jì)原理圖及相應(yīng)的硬件電路。（3）設(shè)計(jì)說明書格式規(guī)范，層次合理，重點(diǎn)突出。并附上詳細(xì)的原理圖。目的：通過傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握傳感器及檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步理解傳感器及檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 第二章 設(shè)計(jì)方案與論證 設(shè)計(jì)方案選擇此設(shè)計(jì)總體上包括硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。主要?jiǎng)澐譃閿?shù)據(jù)采集、按鍵設(shè)置、四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)距離顯示、報(bào)警等模塊。硬件電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)（AT89S51）控制電路。本設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)和超聲波傳感器，通過開關(guān)控制整個(gè)電路的通電與斷電；此系統(tǒng)也是單片機(jī)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是由硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，輸入/輸出設(shè)備以及外部應(yīng)用電路。該軟件Keil是一個(gè)各種工作程序綜合。應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，包括整體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)階段。該系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)為核心的控制單元，當(dāng)所測量的距離小于所設(shè)定的距離時(shí)，主控制芯片將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較。然后控制蜂鳴器報(bào)警。電源AT89S51主控制器模塊按鍵控制超聲波傳感器模塊4位數(shù)碼管顯示模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊 LED數(shù)碼管 蜂鳴器模塊 系統(tǒng)方框圖 超聲波傳感器：超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波的振動(dòng)頻率超過20 kHz的機(jī)械波。在超聲波傳感器每次工作是要轉(zhuǎn)換的電壓和超聲波時(shí)，超聲波傳感器發(fā)射超聲波，該超聲波探頭發(fā)送超聲波發(fā)射電壓的轉(zhuǎn)換，接收到的超聲波，超聲波探頭接收超聲波回波電壓變換到時(shí)單片機(jī)控制芯片。高頻率的超聲振動(dòng)，波長短，繞射小的現(xiàn)象，而且也為反射線等良好的方向性雙向通信和超聲波傳感器的能量消耗緩慢利于測距。 超聲波的特性聲音是一種與人類生活密切相關(guān)的自然現(xiàn)象。聲音其實(shí)就是物體振動(dòng)頻率；科學(xué)家把每秒的振動(dòng)次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位為赫茲?？茖W(xué)家通過測試證明我們?nèi)祟惗淠苈牭?0至20000赫茲的聲音頻率。我們不能聽見振動(dòng)頻率大于20000（赫茲）或小于20赫茲的（聲波）?！俺暡ā逼鋵?shí)就是頻率低于20000赫茲的聲波，而高于20000赫茲的聲波則稱為次聲波。當(dāng)一個(gè)高頻率的聲音超過人耳聽覺頻率范圍時(shí)(據(jù)統(tǒng)計(jì)并得到國際認(rèn)同，取整數(shù)為20000赫茲)，人們會(huì)注意不到周圍的聲音的存在，因此人們把這種高頻率的聲稱為“超”聲。 超聲波傳感器原理市面上常見的超聲波傳感器多為開放型，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是由諧振器以及一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個(gè)金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個(gè)電信號時(shí)，就會(huì)因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號?；谝陨献饔?，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。 電源選擇（1）USB供電通過USB串口線連接到電腦后其他USB供電設(shè)備，接一個(gè)降壓電路就可以得到電路所要的電壓。（2） 電池供電，方便簡單，便也攜帶。本設(shè)計(jì)電路相對來說簡單，如果用USB供電，需要攜帶有USB接口的電源十分不方便，而且本設(shè)計(jì)對電壓的要求并不高，所以本設(shè)計(jì)選擇用電池供電。 顯示器的選擇在單片機(jī)的顯示電路中，常用的顯示模塊有液晶顯示屏、發(fā)光管、LED數(shù)碼管等。在本設(shè)計(jì)中可以選擇液晶顯示屏或者LED數(shù)碼管。（1） LCD液晶屏液晶的物理性能使得液晶顯示得以實(shí)現(xiàn)，簡要地講，液晶顯示屏就是在兩個(gè)平行的板之間填充有液晶材料，通過改變液晶分子上的電壓來改變列行位置的材料內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)著色和照明的目的從而顯示出色調(diào)錯(cuò)落有致的圖像，通過在其顯示區(qū)域中的電壓控制中，有一個(gè)電顯示，從而使該圖形可以顯示出來。液晶顯示具有顯示質(zhì)量高、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。（2） LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管實(shí)質(zhì)上是由多個(gè)發(fā)光二極管排列組合而成的，數(shù)碼管的顯示通過單片機(jī)的輸入輸出口來進(jìn)行位選和片選。常用的LED數(shù)碼管一位數(shù)碼管、三位數(shù)碼管和四位數(shù)碼管；當(dāng)需要顯示更多位的數(shù)時(shí)，可以用多個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行組合。LED數(shù)碼管具有防紫外線、耐壓、耐破裂、耐高低