超声波测距实验报告.doc

超声波测距实验报告 电子综合实验课程报告 课题名称:超声测距仪 专业:生物医学工程 班级:,,级生物医学,,班 姓名:敖一鹭 刘晓莎 尹曼 邹燕 一引言 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。 声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。为了今后能够为社会做出更多有益的发明发现，超声测距课程设计应运而生。 二 课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。 三 基本要求 1 能实现测距操作; 2 能清晰稳定地显示测量结果, 具有测量完成提示; 3 能正确实现单次测量; 4 测量范围在0.5——2m; 5 测量精确度2cm。 四 提高要求 6能实现单次测量和连续测量两种测量方式; 7测量结果能够用语音播报; 8测量范围在0.24——3.5m; 9测量精确度1cm。 五 方案论证 我们知道，由于超声波指向行强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常被用于距离的测量。利用超声波检测距离设计比较方便，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。 超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波;另一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型，电动型等;他们所产生超声波的频率，功率和声波特性各不相同，因而用途也各布相同。目前在近距离测量方面较 为常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面的因素，本例决定采用AT89C51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超生波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器系统设计框架如图所示 LED显示 超声波接收 单片机 控制器 超声波发送 扫描驱动 六 系统硬件电路的设计 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对超声波模组进行控制，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 1. 显示电路 单片机采用89C51。采用12MHZ高精度的晶振，以获得较稳定地时钟频率， 减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHZ方波 信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路 采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码用电阻来驱动，位码用PNP 三极管驱动。单片机系统及显示电路如图 单片机的,,,,,口对应着数码管的,,;,,,,,,的段选 位，分别对这八个端口编程进行驱动显示。三极管从左到右分别接在单 片机的,,,，,,,，,,,的各个端口，通过编程控制其位选，在 测量中用以显示测得的距离大小。,,,，,,,，,,,各个端口接 了三个开关，用以区分在测量中的单次和多次连续测量，以便实现更多 的功能。接在,,,,,和,,,,,上的晶振用来对射极电感的稳频， 使发出的超声频率稳定以及接收稳定测量结果的稳定。在安全范围内， 可以实现距离的准确测量和显示，当超出安全范围则以蜂鸣器响起以示 警报。 2. 超声波发射电路 发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成，单片机P1.0 端口输出的40KHZ方波信号一路经