自动化专业超声波测距仪

1、 毕业设计（论文）开题报告题 目超声波测距仪研究学 院电气与信息工程 学院专 业自动化 班级学 号48学生姓名翟海洋指导教师刘晓芳开题日期6 / 6文档可自由编辑打印超声波测距仪研究开题报告 一、选题的背景与意义：（一）课题研究来源随着科学技术的快速发展，超声波测距仪的应用越来越广泛。但就目前的技术水平来说，人们可以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技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要而且有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日常发展的社会需求。现在超声波测距系统越来越注重其实用性，因此现在单片

2、机和超声波测距系统开始紧密结合起来。比如说，汽车内置的倒车防撞系统，医学器械的探伤系统等，现在都在大量使用单片机来完成其各个任务。这说明，现在在超声波测距方面，单片机的使用正在成为主流。这可归结为两个原因：一是单片机的成本低廉，对于现如今测距系统在很多领域都大量使用的形式下，单片机所节省的制作成本可以更好地用于其它方面，大大提高了社会资源的合理分配：二是单片机系统方便快捷，现在所使用的单片机系统，绝大部分都可以实现程序的修改，因此单片机的使用使测距系统更能体现其灵活性，也使设计出的单片机系统能广泛适用于各个领域。（二）课题研究的目的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

3、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。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。（三）课题研究的意义超声波在测距方面具有以下突出的优点：环境介质可为空气、液体或固体等，适用范围广泛；对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强等恶劣环境中，可以降低劳动强度；超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。由于超声波具有以上特点，被广泛应用于测量物体的距离、厚度、液位等领域

4、。在超声波探伤、自动泊车系统和倒车雷达系统中，超声波测距有其重要的应用。随着雷达技术、激光技术、电子技术的发展，超声波技术也得到和不断的更新和发展，超声波技术己经从最初的理论研究发展到大范围地应用在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量、岩体检测等方面。与发达国相比，目前我国所研制出的超声波测距系统在性能方面有了很大的改善，但在精度等方面仍然很落后。高速度和高效率是现代化工业的标志，这些都是建立在高质量的基础之上。精度作为高质量的一个重要指标，需要加大力度对其进行研究。另外，我国正在使用的高精度超声测距系统大多从国外进口，很大程度制约了工业的发展，增加了工业生产线投资成本，由于工业发展以

5、及经济成本的制约，在超声波测距系统的研制和使用方面我国迫切的需要加大国产化的力度。因此，对超声波测距系统精度和实时性问题进行研究具有很高的实际意义。二、国内外研究现状：（一）国内研究现状国内超声波技术现已日趋成熟，稳定度也相当高，适合大部分环境下使用。应用领域包括：测距、避障、机器人定位、曲面仿真等。国内研究主要集中在以下几个方面：超声波回波处理、新型换能器研发、发射脉冲选取等等，并且针对超声测距仪器的常见影响因素提出了温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。目前在国内的研究成果主要有：超声波回波处理方面，最小均方自适应时延估计算法；一体化换能器；专用脉冲发生器；采用

6、功率驱动芯片和升压变压器等，还通过超声波测距仪专用集成电路通过分析超声波测距误差产生的原因，来提高测量时间差到微秒级，以及用温度传感器来进行声波传播速度的补偿后，其高精度超声波测距仪也可以达到毫米级的测量精度。这些新的技术都大大提高了超声波测距的精度和距离。国内的超声波测量品牌有古大，飞鹰，百特等。他们的技术在国内应该处于领先地位，但是低端的很多。而在国外，超声测量技术也有迅速发展。国外西门子，E+H，HAWK的产品比较齐全，质量比较稳定。（二）国外研究现状国际上对超声波检测数字化技术的研究非常重视。国外生产类似产品和研究的公司有美国的泛美（PANAMETRICS）公司、METEC公司，加拿大

7、的R/D TECH公司，德国的K-K公司、法国的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等，上述公司生产的超声波检测采集、分析和成像处理系统的技术水平较高，处于世界领先水平。3、 课题研究内容及创新 （一）研究内容1、学习了解单片机超声波测距仪的主要工作原理、系统的控制方法、可实现功能，及课题在现实的背景和内容。 2、构建系统的框图，并对每个模块进行功能介绍。3、分析系统的组成和基本工作原理，详细介绍电路的组成和实现方式。4、设计硬件电路，包括超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、显示 电路和报警电路等。5、完成对设计电路的功能进行程序代码转换。6、学习并运用工具软件，包括

8、控制算法的软件实现、软件试验平台的结构及相关的技术问题。7、借助工具软件对硬件电路模拟仿真，根据调试结果来做硬件实物。（二）创新 本系统采用超声波往返时间检测法，其原理是： 超声波从超声波发射器发出，到达待测距离的物体后反射，最后被超声波接收器接收。这之间的往返时间为t，超声波在空气中的传播速度为v，所以根据物理学可知：待测距离为：L=vt/2。往返时间t很容易测量，超声波在空气中的传播速度可由如下公式直接算出： v=331.4+0.607T (T为测量环境温度)。使用温度传感器准确测量出测距时的温度，计算出当时的声速速度；可较精确测量距离，并显示测量数值。4、 课题的研究方法：利用超声波测距

9、原理，出于低成本、高精度的目的，提出了一种基于AT89S52的超声波测距系统的设计方案，硬件部分采用AT89S52单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、数码管显示电路和报警电路。在分析超声波测距原理的基础上，给出了实现超声波测距仪硬件设计电路图和软件设计流程图。 为了完成本课题，首先要将相关的资料仔细审查并整理一遍，比较重要的的是单片机的知识以及汇编语言和C语言，还有两个重要的仿真软件需要熟练掌握它们分别是Proteus和Keil。在阅读学习相关资料文献之后，再结合本次设计的具体要求做个人需求分析,初步做个大致的流程图，在程序设计时尽量按照流程图设计，让思路保持

10、清晰，同时考虑到实际需求可能有出入，所以要预留相应的接口为后期的扩展带来可能。五、研究计划及预期成果： （一）研究计划第5周 查阅相关资料，了解单片机超声波测距仪系统的主要功能，进行总体方案设计，进行芯片选型，撰写开题报告。第6周 对相关知识信息进行收集整理研究，初步确定设计方案第7-8周 设计硬件电路第9周 对硬件电路进行仿真调试 第10-11周 编写控制程序并调试第12-13周 系统整体调试第14周：打印论文、图纸，按照要求装订论文 ；撰写答辨提纲，进行预答辩第15周：毕业设计总结工作；参加答辩会；答辩后根据审阅意见再次修改论文。 （二）预期成果 当按下测量开关时，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。测量程序测量温度和时间，带入公式计算距离。 6、 参考文献：1 赵新民.智能仪器设计基础M.哈尔滨工业大学出版社，1999.7.2 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术M. 北京航空航天大学出版社，1999.5.3 王琼.单片机原理及应用实践教程M.合肥：合肥工业大学出版社，2008.5.4 胡汉才.单片机原理及其接口技术