超声波测距(孙天伟).doc

中国民航大学航空检测技术课程设计设计题目： 超声波测距系统的设计 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2013年10月11号 教师评语：成绩 评阅教师 日期 航空自动化学院电气系课程设计概述：【课程设计目的及要求】【课程设计目的】1）以航空检测技术为基础，以实际应用为背景，注重原理与应用相结合，一般工业应用与民航应用相结合。2）综合应用所学知识，了解构成一个检测系统的基本结构，熟悉检测系统各环节的选择方法，熟悉系统构建的方法，理解一般检测系统的设计过程，掌握检测系统的典型设计方法，学会应用不同检测技术及信号采集与变换技术设计满足性能要求的检测系统。【课程设计要求】1）要求掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。2）要求掌握传感器的选用、检测电路的设计等。3）系统设计实现的功能。要求掌握各参量的检测原理和方法。4）要求独立设计原理图及相应的检测和转换控制等硬件电路。5）编写设计说明书：要求设计说明书格式规范，层次合理，重点突出，并附上详细的原理图。【课程设计原理】超声波测距原理：利用超声波指向性强，超声波在空气中的传播速度为已知（设超声波在当前空气中的传播速度），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，根据测量发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。课程设计内容：【方案设计】一、超声波检测系统设计本实验采用计算机、NI采集卡、TI模块、超声波探头组成超声波检测系统，如图1所示图1 超声波检测系统框图二、单元电路设计本实验采用T1模块和12V电源提供对应超声波传感器AT-120的脉冲输入信号，产生发射脉冲，再将传感器接收到的脉冲信号通过T1模块进行放大后由NI-6009采集卡进行波形采集。 1、传感器AT-120探测范围为15cm-7m，标准探测距离为20cm-3m，中心频率为125KHz左右，波束角度12度，用于水平检测。2、TI模块1）T1模块主要由超声波发射电路、接收电路、控制部分及电源四部分组成。2）超声波发射电路：主要由振荡电路、驱动电路和超声波发射头组成。控制电路部分 振荡电路部分 驱动电路部分图2 超声波测距发射电路原理图3）超声波接收电路包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分 。图3 超声波测距接收电路原理图3、数据采集卡数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析、处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 4、噪声处理本实验中使用了铜箔包裹整个T1模块以及传感器的一部分，相对有效的屏蔽了大量的干扰信号。导体的外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。三、软件设计本实验通过使用NI虚拟仪器技术，软件部分使用图形式编程工具LabVIEW，通过采集卡的输入信号实现了测距和校正以及实验界面的制作等。1、程序框图采用labview软件设计的超声波测距系统程序框图如图4所示 图4超声波测距系统程序框图2、设计采集原理图本实验所设计的采集原理图如图5所示图5采集原理图3、基本算法原理1）通过测量发射脉冲和接收脉冲间的时间差值乘以音速，从而得到所测距离。2）由于有明显的发射脉冲和接收脉冲，要求时间差可以首先将发射脉冲截取下来选定一个点作为发射点，记下发射时间。然后截取同一个周期中的接收脉冲选定一个点作为接受点，记下接收时间。使用接收时间减去发射时间就可以得到时间差，再通过经过温度补偿的音速，就可以求出距离。 式1温度补偿：已知现场环境温度T时，超声波传播速度的计算公式可近似如下: 式2 4、实验结果及波形图 图6采集到的超声波发射波和回波 图7截取的一个周期内的发射波和回波图8实验结果及波形图实验结果：温度设定为25摄氏度时，实验结果为0.34887米。通过实测，用直尺测得距离为35厘米。为了验证试验是否正确，我们小组还做了其他几组试验，如下图所示。 图9距离为0.4527米的一组试验结果 图10 距离为0.2728的一组试验结果 图11 距离为0.3579米的一组试验结果【小结】 通过本次课程设计，我们知道了超声波测距的原理，学会了lab-view软件的使用，这为以后的毕设和工作都提供了帮助。从软件的学会使用，和实验的实际操作，小组成员都有明确分工，这使我们课程设计进程加快不少。实验出