超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告超声波测距仪2目录摘要................................................................................................................................3第一章绪论..............................................................................................................31.1设计要求.............................................................................................................31.2理论基础.............................................................................................................31.3系统概述.............................................................................................................4第二章方案论证........................................................................................................42.1系统控制模块....................................................................................................52.2距离测量模块....................................................................................................52.3温度测量模块....................................................................................................52.4实时显示模块....................................................................................................52.5蜂鸣报警模块....................................................................................................6第三章硬件电路设计................................................................................................63.1超声波收发电路................................................................................................63.2温度测量电路....................................................................................................73.3显示电路............................................................................................................83.4蜂鸣器报警电路................................................................................................9第四章软件设计......................................................................................................10第五章调试过程中遇到的问题及解决..................................................................115.1画PCB及制作..................................................................................................115.2焊接问题及解决..............................................................................................115.3软件调试..........................................................................................................11实验总结......................................................................................................................13附件..............................................................................................................................14元器件清单..........................................................................................................14HC-SR04超声波测距模块说明书.......................................................................15电路原理图..........................................................................................................17PCB图..................................................................................................................17程序......................................................................................................................183摘要该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。关键词：超声波测距温度测量单片机LED数码管显示蜂鸣报警第一章绪论1.1设计要求设计一个超声波测距仪，实现以下功能：(1)测量距离要求不低于2米；(2)测量精度±1cm；（3）超限蜂鸣器或语音报警。1.2理论基础一、超声波传感器基础知识超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关：在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C(m/s)式中，t为环境温度，单位为0C.二、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。三、超声波测距原理由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波4经常用于距离的测量。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。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为C，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=Ct/2。从上面超声波特性可以知道：超声波在空气中的传播速度与温度有关：C=331.5+0.607t/0C(m/s)，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，典型的环境温度与超声波的传播速度的关系为：温度（℃）-30-20-100102030100声速（米/称）3133193253233383443493861.3系统概述超声波测距仪主要由超声波收发装置、单片机、测温装置、报警装置、LCD显示等组成。系统检测距离的原理是通过单片机发出40kHz的方波脉冲信号后，检测接收端是否能够接收到遇障碍物反射的回波，同时，测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，同时显示出当前距离与温度。测量距离范围为2～250cm。可测量温度范围为-30～150°C。有温度与距离显示，误差小，精度高。蜂鸣器预警和距离采样频率动态变化，距离越远，采样越慢。图一系统框图第二章方案论证单片机系统收发模块温度检测电路扫描驱动LED显示蜂鸣器报警电路52.1系统控制模块控制器主要用于控制超声波起振脉冲的产生、对回波信号的处理、温度测量模块、蜂鸣报警以及显示模块的控制。采用STC89C52单片机作为系统控制器。它的运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低，成本低，技术成熟。其程序可以采用C语言编写，可读性强，烧写程序容易，这大大加快了系统的开发与调试。而且STC89C52有2个独立的定时器，两个独立的外部中断，正好可以达到我们的要求；IO足够，还可外拓功能（如进行报警器的接入）。2.2距离测量模块采用超声波传感器测距。由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射、也能够聚焦，而且遵循几何光学上的定律，即超声波从一种物质表面反射时，反射角等于入射角。超声波具有较好的指向性，频率越高，指向性越强，具有较高的分辨率，因而其测试精度也较其他方法高。而且超声波传感器具有体积小，结构简单，信号处理可靠性高的特点，价格较便宜，成功案例