基于单片机的超声波测距系统的设计的开题报告

南京航空航天大学金城学院毕业设计（论文）开题报告题目基于单片机的超声波测距系统的设计系部自动化系专业电气工程及自动化学生姓名王明磊学号2008031421指导教师傅忠云职称讲师毕设地点南京航空航天大学金城学院A3-406实验室2012年2月29日填写要求1．开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。2．为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。3．任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。4．使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。1.结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述：1.1超声波测距系统的研究背景人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为40KHZ。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。超声波技术以广泛的应用于工农业生产，通信、医疗以及家用电器等领域。1.2超声波测距系统的研究意义超声波测距系统如今可以应用于很多领域，就针对应用于倒车雷达领域。该系统采用单片机为核心，结合发射和接受模块构成整个的测距系统。倒车雷达是用来探测车身和周围的障碍物并显示其距离，以帮助驾驶员安全倒车或泊车的辅助电子设备，在很多的汽车中逐渐普及应用，而且较多的应用了本系统设计采用的超声波发射和接收探头。采用两种探头能够降低整个系统的设计成本，为能够更广泛的应用超声波测距系统打了坚实的基础。因此，本系统的设计具有广泛的运用价值和意义。1.3超声波测距系统的基本原理超声波测距的方法有很多种，如相位检测法，声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限：声波幅值检测法容易受反射波的映像。本系统采用超声波往返时间检测法，其原理是：检测从超声波发生器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘再除以2就是检测的距离。即有：L=V*T/2想要通过时间测量超声波传播的时间的准确性确定距离，声速V就必须要准确测定。实际上声速虽介质的温度，压力等变化而变化。一般条件下，由于大气压力变化很小，因此传播速度就主要受温度的影响。在我们的设计测距系统中采用测量温度的方法来补偿声速，即用测温元件测量实际环境的温度来修正声速。空气中的声速与温度的关系近似用下式表示：V=331.4+0.607Tm/sT－℃此外，准确的测量目标还要能够精确的计算出超声波传播的时间，显然能够确定的时间的单位越小越好，本系统采用的单片机的定时器0来计算时间，单片机采用12M的晶振，那么本系统可精确到1µs的最小时间单位，计算所测量的距离可精确到0.0001M，显然这已经能够完全地满足我们的设计要求。超声波测距系统的总电路的组成部分有：单片机控制电路，超声波发射电路，超声波接受电路，测温电路，液晶显示电路以及报警电路等共同组成。单片机控制电路负责发生40K的方波信号，经一反向器后分别送到MAX232的两TTL电平输入端，然后产生+/-9V的方波信号驱动超声波换能器。再由超声波接受回来，此时，就可利用单片机定时出发射和接收的时间差。那么单片机就可计算出实际的距离，并将其显示出来。具体的硬件原理框图如下：1.4超声波测距系统的展望随着科技的发展，就针对超声波测距系统在汽车上的应用可能还会应用的更全面，例如将来可以在汽车的四个角上分别安装上该系统，这样可以降低司机师傅在拐弯的时候擦伤车子，而且可以在汽车前面也安装该系统，可以减少因雾天或是能见度较低的时候汽车撞车事故。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。1.5超声波测距系统的优缺点超声波测距利用超声波指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，测量时无需直接接触被测物，并且测量精度相对高。但是基于声波在介质中传播速度容易受环境（温度、介质等）微控制器报警模块信号产生驱动模块信号接收放大模块发生器接收器阻碍物显示模块变化而变化，造成实验测量结果有一定偏差。参考文献[1]张毅刚.单片机原理及应用（第三版）[M].高等教育出版社,2010.[2]张永瑞.电子测量技术基础[M].西安电子科技大学出版社,1994.[3]黄智伟.全国大学生电子设计竟赛系统设计[M].北京航空航天大学出版社,2006.[4]张谦琳.超声波检测原理和方法[M].北京：中国科技大学出版社，1993.10[5]九州.放大电路实用设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.5[6]胜全.D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制[M].南京：南京大学出版，1998.3[7]恒清，张靖.加强单片机系统抗干扰能力的方法[N].通化师范学院学报，2004.10[8]晗晓，袁慧梅.单片机系统的印制板设计与抗干扰技术[N].电子工艺技术报，2004.6[9]王成华，王友仁，胡志忠.现代电子技术（模拟部分）[M].北京航空航天大学出版社.2005.2[10]臧春华，郑步生，刘方，崔晓平.现代电子技术（数字部分）[M].北京航空航天大学出版社，2005.2[11]王志凌，EDA技术实验指导书（学院内部）[M]，南京航空航天大学金城学院.2011.22.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：2.1超声波测距系统研究或解决的问题设计出以单片机为核心控制声波测距仪系统，在广泛借鉴了各种设计的优点的同时，充分考虑设计中的各个环节，包括产生40KHz的方波，在接收电路中，对所接收方波进行滤波、放大、整形等步骤。以及超声波发射和接收过程中所产生的温度误差，硬件电路误差的分析。超声波测距的设计要求：1、设计出超声波测距的硬件结构。2、对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。3、对设计的电路进行分析。4、以数字的形式显示测量距离。2.2超声波测距系统拟采用的研究手段1、通过阅读书籍掌握超声波测距仪原理，用单片机控制超声波的产生发射与接收。2、用4位共阳LED数码管通过单片机控制输出显示测量结果。3、选择合适的电气元件，绘制电路图。4、编写应用程序并烧进单片机中。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）：指导教师签字：年月日上级审查意见：负责人签字：年月日