【導(dǎo)讀】貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。第一章超聲波測(cè)距原理及方案選擇1. 第二章主要元器件介紹5. 第三章單元電路說(shuō)明14

　　

【正文】 距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍 一般 為 ～，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò) 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 25 頁(yè) 第六章 誤差分析與設(shè)計(jì)總結(jié) 超聲波測(cè)距誤差分析 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對(duì)于一般要求的精度是可靠的。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過(guò)程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。 設(shè)測(cè)量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測(cè)物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動(dòng)方程為： ? ? ? ? ? ???? kh t + k t e t + k t20A A c o s A c o s??? 由以上公式可知，超聲波在傳播過(guò)程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰 減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過(guò)程中衰減很大，收到的回波信號(hào)可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間，必須對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會(huì)對(duì)超聲波測(cè)量精度產(chǎn)生影響。 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即： ?s RTC M? 由上 式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢? ? ? ?0C C 1 T 273 式中 C0=； T為絕對(duì)溫度，單位 K 。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1oC, 聲速將增加或者減少 /s ，這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟? 提 高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 26 頁(yè) 溫度校正的方法提高測(cè)距精度 。 本設(shè)計(jì)預(yù)留有一個(gè) DS18B20 的測(cè)溫端口，對(duì)于測(cè)距精度要求高的系統(tǒng)，可以使用此端口實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度 誤差的補(bǔ)償。 由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式 C=C01+T/273 求出當(dāng)?shù)芈曀?，從而能夠獲得較高的測(cè)量精度。而問(wèn)題的關(guān)鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 為了便于對(duì)溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 集成溫度傳感器。 DS18B20 采用了 DALASS 公司的 1WIRE 總線專利技術(shù)，能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工作（芯片可由數(shù)據(jù)線供電），極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其在－ 10oC ～＋ 85oC 的工作環(huán)境下可以保持 177。 % 的使用精度，在這個(gè)空間內(nèi)足以保證為超聲波測(cè)距設(shè)備提供足夠的精度范圍。 通過(guò) DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU ，由軟件進(jìn)行聲速換算。為了更好的實(shí)現(xiàn)換算過(guò)程同時(shí)兼顧設(shè)備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的各 項(xiàng)功能。 STC12C5410 采用了低成本、低功耗、強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)，并且在最高支持 48MHz 的前提下能夠?qū)崿F(xiàn) 1 個(gè)時(shí)鐘 / 機(jī)械周期的運(yùn)行速度。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對(duì)于普通單片機(jī)來(lái)說(shuō)可以有效的減少由計(jì)時(shí)問(wèn)題帶來(lái)的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)要求。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 27 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]童詩(shī)白 .華成英 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：高等教育出版社， 2020 年第 4 版 [2]康華光 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：高等教育出版社， 2020 年第 4 版 [3]袁錫全 .近代超聲原理及應(yīng)用 [M]。南京：南京大學(xué)出版社， 1996 [4]何希才 .傳感器及其應(yīng)用電路 [M]。北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [5]陳大欽 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。武漢：武漢理工大學(xué)出版社， 2020 [6]鄒麗新、翁貴榮，單片微型計(jì)算機(jī)原理。蘇州：蘇州大學(xué)出版社， 2020 [7]王福瑞 .單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全。北京：北京航天航空大學(xué)出版社， 1998 [8]閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高等教育出版社， 1998 [9] 李華 .MCU51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6 [10] 陳光東 .單片機(jī) 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學(xué)出版社， [11] 徐淑華，程退安，姚萬(wàn)生 .單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 6. 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