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

　　

【正文】 距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍 一般 為 ～，測距儀最大誤差不超過 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 25 頁 第六章 誤差分析與設(shè)計總結(jié) 超聲波測距誤差分析 發(fā)射接收時間對測量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。 設(shè)測量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為： ? ? ? ? ? ???? 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程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準(zhǔn)確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。 當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠遠要比收發(fā)時間的影響嚴重。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距時的測量精度。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 ，這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴重的。因此提高超聲波測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 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 26 頁 溫度校正的方法提高測距精度 。 本設(shè)計預(yù)留有一個 DS18B20 的測溫端口，對于測距精度要求高的系統(tǒng)，可以使用此端口實現(xiàn)對溫度 誤差的補償。 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)芈曀伲瑥亩軌颢@得較高的測量精度。而問題的關(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。 為了便于對溫度信號的數(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 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，在這個空間內(nèi)足以保證為超聲波測距設(shè)備提供足夠的精度范圍。 通過 DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU ，由軟件進行聲速換算。為了更好的實現(xiàn)換算過程同時兼顧設(shè)備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機實現(xiàn)超聲波測距的各 項功能。 STC12C5410 采用了低成本、低功耗、強抗干擾設(shè)計，并且在最高支持 48MHz 的前提下能夠?qū)崿F(xiàn) 1 個時鐘 / 機械周期的運行速度。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對于普通單片機來說可以有效的減少由計時問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測距儀的設(shè)計要求。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 27 頁 參考文獻 [1]童詩白 .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，單片微型計算機原理。蘇州：蘇州大學(xué)出版社， 2020 [7]王福瑞 .單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全。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系列單片機實用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6 [10] 陳光東 .單片機 微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學(xué)出版社， [11] 徐淑華，程退安，姚萬生 .單片機微型機原理及應(yīng)用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 6. 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