【正文】 具有語音告知功能, 兼帶振動功能, 更加人性化、智能化。而利用超聲波測距系統(tǒng)制作的導(dǎo)盲系統(tǒng)操作簡單方便。大多數(shù)曲面外形尺寸很難通過傳統(tǒng)測量方式獲得，而超聲波測距可以通過采用多傳感器多角度測距，確定其外形特征，以實(shí)現(xiàn)對曲面的檢測。由于存在視覺盲區(qū)，人們在倒車時(shí)無法看清楚車子后面的障礙物，很容易刮傷汽車或發(fā)生事故。超聲波傳感器已經(jīng)被廣泛用作測距傳感器，并應(yīng)用于機(jī)器人的定位和避障。與其他測位方法相比，超聲波液位測量具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、安裝和維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢。二、研究主要成果 超聲波測距憑借其原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在液位測量、移動機(jī)器人定位和避障、汽車防撞、曲面仿形檢測和導(dǎo)盲系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從技術(shù)上看，超聲波測距系統(tǒng)在上個世紀(jì)70年代已經(jīng)實(shí)用化從上個世紀(jì)70年代末期已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。超聲波測距的工作原理是發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收回波。其中，相位檢測法精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受反射介質(zhì)的影響。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。與前幾種測距方式相比，超聲波測距可以直接測量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)測距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。目前，典型的無線測距方法有超聲波測距、CCD 探測、雷達(dá)測距、激光測距等。目前，測量距離的方法主要采用測量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。四、研究工作進(jìn)度：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總計(jì)17周完成，具體時(shí)間安排如下：第 1~4 周 查閱超聲波測距課題國內(nèi)外現(xiàn)狀，研究主要成果，發(fā)展趨勢，主要問題等，熟悉課題內(nèi)容，復(fù)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識，撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述；第 5~7 周 獨(dú)立進(jìn)行電路各個模塊的設(shè)計(jì)，制作超聲波測距基本電路；第 7~12 周 對各個模塊進(jìn)行硬件調(diào)試，編寫可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的軟件程序；第13~14周 利用軟件程序?qū)φ麄€產(chǎn)品進(jìn)行軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；第15~17周 撰寫論文。在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。超聲波測距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值1?？刂瞥绦蚩刹捎肅語言和匯編語言混合編程。一般采用DS18B20溫度傳感器測量現(xiàn)場溫度。通過實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ? v = + , T為現(xiàn)場溫度, v為實(shí)際波速。由此可見溫度對于超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。在常溫下,超聲波的傳播速度為340m/s,但其傳播速度V易受到空氣中溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響,其中溫度的影響最大。使用CX20106A 集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波，其總放大增益80db。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率開始定時(shí)器、液晶初始化啟動T0開中斷啟動T1發(fā)40kHz方波延時(shí)避開盲區(qū)開外部中斷0有回波停止T0，T1關(guān)中斷數(shù)據(jù)處理顯示輸出YN40 kHz（超聲波傳感器的聲壓能級、靈敏度在40kHz時(shí)最大）較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。單片機(jī)端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。當(dāng)晶片的兩極加入脈沖信號，若脈沖信號的頻率正好等于或接近于壓電晶片本身的固有振蕩頻率時(shí)，其機(jī)械形變達(dá)到最大，壓電晶片發(fā)生共振，并引起共振板振動，便產(chǎn)生超聲波，使電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械波；反之，當(dāng)晶片的共振板接收到超聲波時(shí)，壓電晶片將發(fā)生機(jī)械形變，其表面產(chǎn)生電荷，致使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這便是壓電式超聲波傳感器的工作原理。壓電效應(yīng)主要分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，所謂正壓電效應(yīng)就是在晶片兩極加入電壓時(shí)，晶片會產(chǎn)生機(jī)械形變，從而在晶片表面產(chǎn)生機(jī)械波；逆壓電效應(yīng)正好相反，當(dāng)晶片本身發(fā)生機(jī)械形變，或者加入了機(jī)械波，在晶片的表面會產(chǎn)生電荷，從而在晶片兩極產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。超聲波發(fā)射模塊和接收模塊采用HCSR04超聲波測距模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測量距離精確，精度高，盲區(qū)（2cm）超近。單片機(jī)輸出超聲波傳感器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號?？刂菩盘栍?55定時(shí)器構(gòu)成的低頻振蕩器來實(shí)現(xiàn)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。其中脈沖回波法最為常用，它主要基于超聲測距回波信號的識別，多采用模擬方法，用電路來實(shí)現(xiàn)。課題擬解決的主要內(nèi)容有：；、引腳結(jié)構(gòu)、功能組成等，制定清晰合理的電路結(jié)構(gòu)，使單片機(jī)能夠準(zhǔn)確控制電路進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)；；，并配合軟件進(jìn)行硬件電路分析和優(yōu)化。要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路圖及系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收模塊、顯示電路組成。目前，超聲波測距的研究目標(biāo)主要是研究精度更高的回波處理算法，研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進(jìn)一步拓寬超聲波測距的應(yīng)用空間，在提高有效作用距離的同時(shí)，相應(yīng)提高測量精度與抗干擾能力等方面。近十年來，國內(nèi)科研人員在超聲波回波信號處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對超聲測距的常見影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。因此，當(dāng)前超聲波測距一般使用脈沖回波法。超聲波測距方法主要有相位檢測法、聲波幅值檢測法和脈沖回波法三種。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。與前幾種測距方式相比，超聲波測距可以直接測量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)測距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。目前，典型的無線測距方法有超聲波測距、CCD 探測、雷達(dá)測距、激光測距等。目前，測量距離的方法主要采用測量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。最后祝愿燕山大學(xué)里仁學(xué)院和信息科學(xué)與工程學(xué)院蒸蒸日上，越來越好。經(jīng)過這次也使我真正的認(rèn)識到單片機(jī)編程雖然繁瑣，但編譯成功之后的喜悅是難以言說的，我真正感受到了電子信息工程專業(yè)的樂趣。通過資料的查閱，制定方案，設(shè)計(jì)硬件電路，軟件編程，系統(tǒng)調(diào)試等一系列過程，極大的豐富了我的專業(yè)知識，使我的理論與實(shí)際動手能力又有了一個很大的提高，特別是在單片機(jī)編程方面又學(xué)到了不少新的東西。設(shè)計(jì)能夠成功完成是與練秋生老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助分不開的，在此表示衷心的感謝。但本系統(tǒng)仍有需要完善的地方，比如無法測量過近距離，測量較遠(yuǎn)距離時(shí)需要被測物有比較大的面積，測量結(jié)果也仍可再進(jìn)行誤差修正等。經(jīng)過以上工作，本系統(tǒng)的基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，可精確實(shí)現(xiàn)近距離的測量。整個系統(tǒng)主要包括單片機(jī)核心板、超聲波測量模塊、液晶顯示模塊和溫度測量模塊。 本章小結(jié)本章的主要對基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的調(diào)試過程進(jìn)行了說明，主要內(nèi)容有介紹試驗(yàn)方法，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和分析，通過對實(shí)驗(yàn)記錄的分析進(jìn)行改進(jìn)，得出結(jié)論，找到系統(tǒng)所存在的問題并提出解決方案。測量距離不夠遠(yuǎn)的原因主要有以下幾點(diǎn)：發(fā)射電流雖然經(jīng)過了推挽方式放大但仍然很小；接收電路噪音值電平過大，CX20106A芯片能力不足；空氣損耗也會產(chǎn)生影響。 測量距離不夠遠(yuǎn)本次測量單片機(jī)所帶定時(shí)器可計(jì)65536次數(shù)，理論上能夠達(dá)到約測量距離約為11m，然而實(shí)際上卻只能達(dá)到最大的測量距離為5m。最后，即使超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離能保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測量距離，θ也會對超聲波測距的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。再次，超聲波回波聲強(qiáng)與待測距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，所以實(shí)際測量時(shí)，不一定是第一個回波的過零點(diǎn)觸發(fā)。光線對測量裝置中的半導(dǎo)體器件會產(chǎn)生干擾。引起超聲波衰減的主要原因有以下三方面：超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴(kuò)散能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨傳播距離的增加而減弱，超聲波的聲壓和聲強(qiáng)均隨至聲源的距離的增加而減弱；當(dāng)聲波要傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質(zhì)所組成的界面時(shí)，就將產(chǎn)生散亂反射，從而損耗了聲波的能量，被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，最終變?yōu)闊崮?，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性造成近質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦從而使一部分聲能轉(zhuǎn)化熱能；同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。 測量結(jié)果不夠精確本次實(shí)驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)存在一定誤差。問題主要原因在于超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離不能保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測量距離，導(dǎo)致θ值偏大，由式（24）可知，此時(shí)使用式（25）會產(chǎn)生極大誤差。 存在的問題及原因這次實(shí)驗(yàn)存在的主要問題有無法測量過近距離，測量結(jié)果不夠精確和測量距離不夠遠(yuǎn)三方面。 //求測量10次距離的平均值}經(jīng)過線性誤差修正后，重新對20cm～500cm距離之內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表43所示。 //計(jì)算距離 distance=distance/； //線性誤差修正 zonghe+=distance。 //發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷 v=*temp1+。NOP()。NOP()。j++) //測量10次 { Tx=1。圖44 20cm～500cm時(shí)測量值實(shí)際值坐標(biāo)圖 for(j=0。經(jīng)過測量值實(shí)際值坐標(biāo)圖比對可知20cm～500cm時(shí)超聲波測距系統(tǒng)存在近似線性的誤差，%。之后系統(tǒng)相對誤差隨測量距離的增加而減小，當(dāng)測量距離接近20cm時(shí)系統(tǒng)相對誤差保持穩(wěn)定。（2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖43 0～20cm時(shí)測量值實(shí)際值坐標(biāo)圖對表41結(jié)果做測量數(shù)據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)坐標(biāo)圖如圖43所示。表42 20cm～500cm測量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對誤差（cm）相對誤差（%）第一次第二次第三次平均值續(xù)表42 20cm～500cm測量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對誤差（cm）相對誤差（%）第一次第二次第三次平均值當(dāng)測量結(jié)果在500cm～540cm之間時(shí)，液晶屏不穩(wěn)定，無法進(jìn)行測量。表41 0～20cm測量結(jié)果與實(shí)際距離比較表當(dāng)測量距離為0～20cm之間時(shí)測量數(shù)據(jù)如表41所示。如圖所示，℃。液晶顯示如圖42所示。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖41所示。與上一章硬件內(nèi)容結(jié)合即為最終設(shè)計(jì)的儀器。 //設(shè)置顯示屏下行顯示距離 }} 本章小結(jié)本章主要對超聲波測距的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。 show(0x04,temp,5)。 //利用超聲波測量距離 DistanceConvert(distance)。 //溫度測量和處理 get_temp()。 IT0=1。 //打開計(jì)時(shí)和各個中斷 TR0=1。 TMOD=0x19。主程序如下：void main(){ lcd_init()。 //重置定時(shí)器 TL0=0。 //求測量10次距離的平均值}外部中斷程序如下：void int0() interrupt 0{ n=(TH0*256+TL0)。 //計(jì)算距離 zonghe+=distance。 //發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷 v=*temp1+。NOP()。NOP()。j++) //測量10次 { Tx=1。 for(j=0。包括運(yùn)行程序void yunxing()和HCSR04數(shù)據(jù)處理程序:void DistanceConvert(long int dat)。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器T0溢出中斷將外部中斷1關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。 超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。} 超聲波測量模塊（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。 temp1=t_temp*10+。 temp1=temp1|l。 temp1=h。 //發(fā)讀內(nèi)部9字節(jié)內(nèi)容指令 l=read_bey()。 write_bey(0xcc)。 DS18B20_Init()。本部分包括延時(shí)若干微秒程序delay1(uint z)，DS18