【正文】 Compensation目錄摘要 IAbstract II目錄 III第1章 緒論 1 課題背景 1 超聲波測(cè)距技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 超聲波測(cè)距技術(shù)研究的主要成果 2 超聲波測(cè)距技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì) 3 超聲波測(cè)距技術(shù)存在的問題 3 本文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容 4第2章 超聲波測(cè)距硬件設(shè)計(jì) 6 6 單片機(jī)核心部分 7 電源供電電路 9 單片機(jī)時(shí)鐘電路 9 單片機(jī)復(fù)位電路 10 液晶顯示模塊 10 溫度測(cè)量模塊 11 超聲波測(cè)量模塊 13 超聲波的特性 13 超聲波傳感器原理 13 超聲波發(fā)射部分 15 超聲波接收部分 15 各部分連接方案 16 本章小結(jié) 17第3章 超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì) 19 軟件設(shè)計(jì)方法 19 軟件系統(tǒng)流程介紹 20 液晶顯示模塊 20 溫度測(cè)量模塊 22 超聲波測(cè)量模塊 23 主程序部分 24 本章小結(jié) 25第4章 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程及結(jié)果分析 26 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程及結(jié)果 26 存在的問題及原因 30 無法測(cè)量過近距離 30 測(cè)量結(jié)果不夠精確 31 測(cè)量距離不夠遠(yuǎn) 32 本章小結(jié) 32結(jié)論 33參考文獻(xiàn) 34致謝 35附錄1 36附錄2 44附錄3 50附錄4 59第1章 緒論 課題背景 超聲波測(cè)距技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀無線測(cè)距指用無線電測(cè)量載機(jī)與某個(gè)目標(biāo)或反射面之間的信號(hào)傳播延遲、頻率、相位差來測(cè)定兩點(diǎn)之間直線距離的方法。 Ranging。關(guān)鍵詞　超聲波；測(cè)距；單片機(jī)；溫度補(bǔ)償AbstractUltrasonic ranging is a kind of wireless ranging. Because of ultrasonic ranging can measure near objective directly, have a high lengthways resolution ratio, it39。軟件部分包括溫度測(cè)量程序、液晶顯示程序、超聲波發(fā)送和接收程序以及主程序。系統(tǒng)主要原理是系統(tǒng)控制超聲波發(fā)射器發(fā)生超聲波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，之后超聲波接收器接到超聲波到達(dá)被測(cè)物體的反射信號(hào)后產(chǎn)生外部中斷停止計(jì)時(shí)，在已知超聲波的速度的情況下通過測(cè)量超聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間來進(jìn)行計(jì)算從而測(cè)量出測(cè)距系統(tǒng)與被測(cè)物之間的距離。基本要求 1. CPU采用與51兼容的STC系列單片機(jī)2 要求設(shè)計(jì)硬件電路圖及系統(tǒng)軟件3 測(cè)距范圍5m,誤差10cm參考資料《單片機(jī)原理》《數(shù)字信號(hào)處理》基于AT89S51單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)電子資源周 次1—4周5—7周7—12周13—14周15—17周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料熟悉內(nèi)容方案設(shè)計(jì)硬件調(diào)試軟件編程軟件調(diào)試系統(tǒng)聯(lián)調(diào)撰寫論文指導(dǎo)教師：練秋生職稱：教授 2012 年 3 月 1 日系級(jí)教學(xué)單位審批：顧廣華 2012年 3月 10日摘要超聲波測(cè)距是無線測(cè)距的一種，由于其可以直接測(cè)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)。為提高精度，應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償問題。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)段煉燕 山 大 學(xué)2012年6月本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 專 業(yè)：電子信息工程 學(xué)生 姓名：段煉 學(xué) 號(hào)：081308061167 指導(dǎo) 教師：練秋生 教授 答辯 日期：20126 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程系 學(xué)號(hào)081308061167學(xué)生姓名段煉專 業(yè)班 級(jí)電子信息工程083班題目題目名稱基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）（ ）；（ ）；（ ）題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ √ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容在深入學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)上，利用聲波傳播的延時(shí)設(shè)計(jì)無線測(cè)距系統(tǒng)。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。要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路圖及系統(tǒng)軟件。本次課題的主要內(nèi)容是在深入學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)利用超聲波進(jìn)行距離測(cè)量的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)核心板，超聲波測(cè)距模塊，液晶顯示模塊和溫度測(cè)量模塊四部分。經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，本系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了在一定距離范圍內(nèi)的準(zhǔn)確距離測(cè)量，具有迅速、方便、易于操作等特點(diǎn)，可應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人避障和汽車倒車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域中。s wide range of application, have strong direction, and have not affected by light, smog, electromagnetic interference and some other factor, and the coverage of ultrasonic ranging is bigger than other wireless ranging.Main content of this topic is on the basis of deep learning Single Chip Microputer, used acoustic wave propagation to design a wireless ranging system. The principle of this system is use the timer measurement of ultrasonic emission to reach the obstacle reflection back to the time of the ultrasonic receiver to measure the data. The hardware of whole system is formed by Single Chip Microputer, ultrasonic ranging measuring modular, display modular and temperature measurement modular. The software is formed by display program, temperature measurement program, ultrasonic transmitter and receiver program and main program. From the associative debugging, the system achieves the ultrasonic ranging in a near distance successfully, it’s so quick, convenient and easy to operate, can be applied to the field of mobile robots and car reversing radar.Key Words　 Ultrasonic。 MCU。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。目前，典型的無線測(cè)距方法有超聲波測(cè)距、CCD探測(cè)、雷達(dá)測(cè)距、激光測(cè)距等。雷達(dá)測(cè)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(cè)距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。與前幾種測(cè)距方式相比，超聲波測(cè)距可以直接測(cè)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)。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波。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。超聲波測(cè)距方法主要有相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間法三種。因此，當(dāng)前超聲波測(cè)距一般使用渡越時(shí)間法。渡越時(shí)間法就是通過檢測(cè)發(fā)射超聲波與接收回波之間的時(shí)間差求出目標(biāo)障礙物距信號(hào)發(fā)射源的距離。近十年來，國(guó)內(nèi)科研人員在超聲波回波信號(hào)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(duì)超聲測(cè)距的常見影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測(cè)距精度的措施。接觸式液位測(cè)量存在易滲漏、易腐蝕、不便于檢修和維護(hù)等問題，利用超聲波測(cè)距可以實(shí)現(xiàn)液位的非接觸式測(cè)量，解決上述問題。移動(dòng)機(jī)器人需要裝備多種傳感器來獲取環(huán)境信息以確定自身的位置和繞開障礙物，其中比較常用的傳感系統(tǒng)是視覺系統(tǒng)和超聲波測(cè)距系統(tǒng)。隨著汽車擁有量的增長(zhǎng)，汽車的安全和使用便捷性能受到了空前的關(guān)注。通過在車身前后安裝超聲測(cè)距傳感器可以有效測(cè)量車身距障礙物間距離，解除了駕駛員泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。目前市場(chǎng)上有多種導(dǎo)盲設(shè)備,但大多原理簡(jiǎn)單、功能單一、較機(jī)械化,出現(xiàn)的問題也較多,給經(jīng)常出門的盲人使用者帶來不便。超聲測(cè)距、無線傳輸讓整個(gè)導(dǎo)盲設(shè)備更輕便。 超聲波測(cè)距技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)超聲波測(cè)距中，超聲波回波處理方法的優(yōu)劣，直接關(guān)系到回波前沿的定位精度和渡越時(shí)間的測(cè)量精度，進(jìn)而決定著超聲波探測(cè)定位系統(tǒng)的精度和反應(yīng)速度。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)超聲波回波信號(hào)處理算法的研究已經(jīng)日漸成熟，但其作為超聲波探測(cè)定位的關(guān)鍵技術(shù)，仍將是一個(gè)重要的研究方向?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)一些科研人員在超聲波發(fā)射電路的簡(jiǎn)化、發(fā)射功率和頻率的控制、最大探測(cè)距離的提高等方面對(duì)新型超聲波換能器進(jìn)行研究并取得了一定成果，但對(duì)新型超聲換能器制作材料、超聲波發(fā)生機(jī)理創(chuàng)新等方面的研究尚有不足。但是當(dāng)它采用較高頻率超聲波時(shí)，會(huì)因空氣吸收而較快衰減，導(dǎo)致有效測(cè)量距離降低；在通過降低頻率以增大測(cè)距范圍時(shí)，測(cè)距的絕對(duì)誤差又會(huì)增大。近年來，如何合理選擇超聲發(fā)射脈沖，可以使超聲波測(cè)距系統(tǒng)在提高有效作用距離的同時(shí)，相應(yīng)提高測(cè)量精度與抗干擾能力，成為超聲波測(cè)距技術(shù)的又一個(gè)重要研究方向。常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，溫度每升高1℃， m/s，因此超聲波測(cè)距中一般采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，即在?shù)據(jù)處理中對(duì)超聲波傳播速度進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。在回路上串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)（AGV），使得電路放大倍數(shù)隨著測(cè)量距離的增大而相應(yīng)規(guī)律地增加，可有效解決該問題。余振期間，由于無法區(qū)分回波信號(hào)與余振信號(hào)，因此必須等余振停止或衰減到足夠小后，才能允許接收傳感器接受信號(hào)。接收傳感器在超聲波發(fā)射結(jié)束后接收到的第一個(gè)波一般是串?dāng)_直通波。因此，安裝傳感器過程中，兩個(gè)探頭之間距離應(yīng)大于3cm，從而降低超聲波旁瓣對(duì)測(cè)距系統(tǒng)精度的影響。其本身是一種回波，且包含的信號(hào)頻率與發(fā)射信號(hào)相近，不能被一般濾波電路或算法消除。測(cè)距時(shí)，可以根據(jù)時(shí)間變化，控制接收放大電路的增益，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混響信號(hào)幅值的抑制?；緝?nèi)容如下：系統(tǒng)由單片機(jī)核心系統(tǒng)、超聲波發(fā)送和接收部分、顯示部分和溫度部分模塊四部分組成。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，超聲波發(fā)送部分發(fā)出超聲波傳至被測(cè)物后經(jīng)反射由接收器接收，通過控制單片機(jī)的外部中斷來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。第3章主要說明超聲波測(cè)距軟件的設(shè)計(jì)方法和過程，包括編程軟件的使用方法，系統(tǒng)整體的工作流程以及各個(gè)模塊軟件的主要內(nèi)容及其注釋。第2章 超聲波測(cè)距硬件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的主要方法有脈沖回波法、共振法和頻差法等。其原理如右圖所示，發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在空氣中傳播至被測(cè)物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，可得其往返時(shí)間t即可算出被測(cè)物體與超聲波發(fā)射器的距離 (21)設(shè)超聲波發(fā)射器與接收器之間角度為θ，則如下圖所示，被測(cè)物體實(shí)際距離 (22)其中對(duì)于θ，有將(21)、(22)、(23)三式整理合并得 (23) (24)當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí)，近似認(rèn)為H與S相等，可得 (25)由式（25）可知，只要測(cè)得超聲波從發(fā)射到接受所需時(shí)間，即可測(cè)出所需距離H。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(gè)模塊組成。一般溫度每升高1℃,。為了得到較為精確的測(cè)量結(jié)果,必須對(duì)波速進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度（℃）3020100102030100波速（m/s）313319325323338344