畢業(yè)設(shè)計(jì)—超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)(參考版)
2024-12-04 02:02本頁(yè)面
【正文】 。 。 該 測(cè)距儀 具有準(zhǔn)雙向測(cè)距功能，穩(wěn)定性比較高、靈敏度比較高，盲區(qū)范圍小，分辨率小于 , 被測(cè)目標(biāo) 不需要 垂直于超聲波測(cè)距儀 角度保持在正負(fù) 30 度，被測(cè)目標(biāo)表面 不需要 平坦 ；但是在檢測(cè)過程中會(huì)有一些不 便的地方： ， 由于發(fā)射功率有限，測(cè)距儀無法測(cè)量 5m 外的物體 。加上額外增益和使用多態(tài) LCD 來讀出盡可能多的位數(shù)也可以增大測(cè)量范圍。 在本應(yīng)用中引入 了 一個(gè) 電位器來進(jìn)行測(cè)距 距離補(bǔ)償，可以使系統(tǒng)在很大的溫度范圍內(nèi)精確測(cè)量。而且在測(cè)距 1m內(nèi)，測(cè)量誤差小于 3cm 精度較高，最小分辨率也達(dá)到了 1cm，測(cè)試盲區(qū) 13cm，而且精度高 。 當(dāng)測(cè)距不是很準(zhǔn)確的時(shí)候可以用定位器來進(jìn)行校準(zhǔn)，反應(yīng)速度在 內(nèi)，測(cè)量精確度在 1cm 內(nèi)。我們所設(shè)計(jì)的電路能實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距，分別由兩個(gè)發(fā)光二極管來去分測(cè)距方向 ，并且自動(dòng)選擇測(cè)量距離短的一面。 測(cè)量單位： cm。 18 測(cè)量結(jié)果 按照設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件，做成成品，調(diào)試好后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表 1 和表 2 所示。通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去 了使用傳感器測(cè)量溫度所帶來的麻煩。標(biāo)桿校正的示意圖如圖 15 所示 。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對(duì)于普通單片機(jī)來說可以有效的減少由計(jì)時(shí)問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)要求。為了更好的實(shí)現(xiàn)換算過程同時(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。 % 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。 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。而問題的關(guān)鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。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? 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。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? (2) 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。 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(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。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。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。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 15 開 始系 統(tǒng) 初 始 化等 待 發(fā)射 超 聲 波顯 示 結(jié) 果 0 . 5 s計(jì) 算 距 離發(fā) 送 超聲 波 脈 沖 圖 15 工作流程圖 四、 系統(tǒng)調(diào)試 超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。 程序 流程 如 圖14 所示 ： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化顯 示 初 始 化串 行 口 控 制 命 令 ？進(jìn) 入 測(cè) 距 程 序存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù)刷 新 顯 示YN 圖 14 軟件設(shè)計(jì)流程框圖 其工作流程是：上電后首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，緊接著調(diào)用顯示子程序，顯示完后判斷有沒有超聲波被接收，若有，則停止計(jì)時(shí)并將計(jì) 時(shí)值送入距離計(jì)算子程序，然后將所測(cè)距離顯示 1 秒，最后返回進(jìn)行下一輪液位測(cè)量，若沒有信號(hào)進(jìn)來，則繼續(xù)調(diào)用顯示子程序。 13 圖 13 超聲波測(cè)距儀 總體電路圖 14 軟件設(shè)計(jì)與工作流程 圖 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子 程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。 總體電路圖 本系統(tǒng)采用雙向測(cè)距，通過雙向收發(fā)來實(shí)現(xiàn)，兩方發(fā)送分別由 082D 和NE5534P 兩個(gè)運(yùn)放來控制，將信號(hào)放大由超聲波傳感器發(fā)送 ；再 經(jīng)過超聲波傳感器接收，由變壓器進(jìn)行 耦合經(jīng)三極管放大，將左右（分別由紅綠兩盞燈區(qū)分）兩組數(shù)據(jù)送入 CD4052 數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇，選出信號(hào)強(qiáng)（測(cè)量距離近）的那個(gè)信號(hào)送入 PIC 主芯片，再由 PIC 進(jìn)行處理將結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。通過單片機(jī)的 1 1 17 三個(gè)管腳的信號(hào)控制三個(gè)三極管的 B 級(jí)，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。其中，變壓器將交流電源（ 220V/50Hz）變換位符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有但方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動(dòng)的直流電壓； 濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。 超 聲 波 接收 頭單 穩(wěn) 態(tài)延 時(shí) 電 路檢 波 電 路電 壓 器 圖 11 接收電路組成圖 E、 穩(wěn)壓電源 11 在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一的能量來源，穩(wěn)壓電源的主要任務(wù)是將 50Hz 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓和電流，從而滿足負(fù)載的需要，直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。超聲波接收頭 UCM4aR 將運(yùn)動(dòng)物體反射的超聲波接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)后，由 R C4 組成的高頻濾波電路濾除干擾脈沖后，經(jīng) RP
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1