超声波测距仪开题报告

毕业设计（论文）开题报告课题名称超声波测距仪的设计一、选题背景与意义超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。它在介质中传播时能量可以集中在很小的范围内，具有良好的成束性，也就是方向性极好。由于超声波的速度相对于光速要小很多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制。日常的测距工具在一些特殊的场合是很不方便的，甚至无法进行距离的测量，比如液位、井的深度、管道的长度等等。而超声波作为一个检测的技术，采用的是非接触式的测量，其特点可使测量仪器不受被测介质的影响。此外，该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，而且还降低了能量消耗。因为，利用超声波检测，既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。二、课题关键问题及难点超声波测距仪可以用于倒车、建筑施工工地及一些工业现场的位置监控，要求测量范围在0.13-3.00m,测量精度为1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰并且稳定的显示出测量的结果。本系统的原理：利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。定时发射超声波，在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，单片机检测到这个负跳变信号后，停止内部计时器记时，读取时间，计算距离,测量结果输出给LED显示。硬件部分主要由单片机、显示电路、超声波发射电路和超声波检测接受电路等部分组成。软件部分主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接受中断程序及显示程序等部分组成。三、文献综述（或调研报告）超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量,在车辆自动导航,机器人的定位和对象识别,海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距 原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。 相位差法与脉冲回波法的不同体现在对回波的处理方式上, 由超声波换能器接收端获得调制声波的回波,经放大电路转换后,得到与放大的相位完全相同的电信号, 此电信号放大后与光源的驱动电压相比较,测得两个正弦电压的相位差,根据所测相 位差就可算得所测距离。由于采用的是相位比较,使得测距精确度大大提高,但这种 方法本身存在明显的缺陷。由于相位测量存在以2n为周期的多值解,从而容易造成解 的不确定性。为了消除多解,常常需要引入包络检测和采用发射多种不同频率波的方式减小不确定度,这就使得该方法的实现复杂化。随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇到障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可以计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。超声波测量在国防航空航天、电力石化、机械材料、医疗等众多领域具有广泛的作用，它不但可以保证产品质量保障安全，还可以起到节约能源，降低成本的作用。超声波与光波、电磁波、射线等检测相比，其最大特点是穿透力强，几乎可以在任何物体中传播，了解被测物体内部情况。超声检测设备还具有结构简单，成本低廉，使用方便的优点，有利于工程实际使用。近十年来，由于微机技术，现在电子技术，信号处理技术以及超声波产生和接受技术的发展，突破了常规超声测量的限制，进一步开拓了其使用范围。 目前国内外的超声波检测领域都向着数字化放心发展，数字式超声波检测仪器的发展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。国际上对超声波检测数字化技术的研究非常重视，国外生产类似的产品和研究的公司有美国的泛美（PANAMETRICS）公司，METEC公司，加拿大的R/D TECH公司，德国的K-K公司，法国的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等等，上述这些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，在世界上处于领先水平。随着检测技术研究的不断深入，对超声波检测仪器的功能要求越来越高，单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测、记录、存储、数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。参考文献：1胡萍.超声波测距仪的研制J.计算机与现代化,2003.10.2时德刚,刘哗.超声波测距的研究J.计算机测量与控制，2002.10.3华兵.MCS-51单片机原理应用M.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5.4李华.MCU-51系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，1993.6.5陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二部)M .武汉：华中理工大学出版社，1999.4.6徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1999.6.四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块共四个模块组成。单片机主控芯片使用51系列AT89S51单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机中经常使用到的控制芯片。发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单。超声波接收模块超声波发射模块单片机控制系统（AT89S51）显示模块键盘模块供电单元图1 系统设计框图五、工作计划第一周：选题，完成相关表格的填写工作，列出阶段的实施进度计划；第二周：查阅资料及相关文献，提出设计方案，进行方案论证；第三周：撰写开题报告；第四周：查阅资料，进一步完成方案论证，熟悉Proteus软件；第五周：进行初步硬件设计、熟悉Proteus软件；第六周：在Proteus中绘制原理图，准备期中检查；第七周：进行软件设计，绘制流程图，编写程序；第八周：编写、调试程