认识实习超声波测距报告讲解

1、Harbin University Of Science And Technology认识实习报告学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技 12-3姓名：蔡成灼学号：1212020301日期：2015.1.9任务书实习项目名称： 超声波测距仪的研制实习时间： 2014.12.29 2015.1.9一、实习的目的和意义认识实习是一个重要的基础实习环节， 通过认识实习， 学生可以了解电子产 品的制作工艺和基本原理， 掌握电子产品制作的基本操作技能和调试技能， 培养 学生用所学知识分析实际问题、 解决实际问题的能力， 为以后的实践性教学环节 打下基础。二、实习内容本实习以超声波测距仪的研制

2、 项目为目标， 培养学生对电子产品的制作 工艺的认识和操作技能，以及电子产品的原理分析。1、超声波测距原理学习；2、电路原理图及 PCB 绘制；3、电子元器件识别与焊接；4、超声波测距仪软件设计；5、超声波测距仪调试。三、报告内容和格式内容：1、超声波测距的意义和应用；2、超声波测距的原理（原理说明、原理图）；3、超声波测距仪的制作与调试；4、实习体会格式： 报告包括封面、任务书、目录、正文等部分，一级标题（章标题）：黑体小二； 二级标题（节标题）：黑体小三；正文：宋体小四；目录：二级目录，宋体小四。 行 间 距 ： 1.25 倍 。 报 告 A4 纸 打 印 ， 左 侧 装 订 。目录1、实

3、习目的 22、实习内容2.1 方案选择 22.2 整理思路 23、超声波测距原理3.1 超声波探头 23.2 超声波测距原理 33.3 基于单片机超声波测距仪系统构成 44、超声波测距原理图分析4.1 发射电路 44.2 接收电路 55、超声波测距的意义和应用5.1 超声波测距的意义 65.2 超声波测距的应用 76、元件装配及硬件调试6.1 元件装配 76.2 编程及调试 86.3 PCB 板及成果展示 127、实习总结7.1 实习总结 137.2 实习体会 14第 1 章 实习的目的和意义认识实习是一个重要的基础实习环节， 通过认识实习， 学生可以 了解电子产品的制作工艺和基本原理， 掌握

4、电子产品制作的基本操作 技能和调试技能， 培养学生用所学知识分析实际问题、 解决实际问题 的能力，为以后的实践性教学环节打下基础。第 2 章 实习内容2.1 方案选择对方案的评估完成后， 我们开始整理方案设计思路， 制定实训计 划表，分期完成各项指标。在实践紧迫的情况下，我们明确了分工， 按照预先整理好的设计流程进行分工作业。2.2 整理思路对方案的评估完成后， 我们开始整理方案设计思路， 分期完成各 项指标。在时间紧迫的情况下，我们明确了分工，按照预先整理好的 设计流程进行分工作业，首先绘制电路图，并且制作 PCB板，然后通 过焊接，把元器件组装，最后通过编程调试，完成这次实习。第 3章 超

5、声波测距原理3.1 超声波探头超声波探头是实现声、 电转换的装置， 又称超声波换能器或传感 器，这种装置能发射超声波和接收生回波，并转换成相应的电信号超声波探头按其作用原理可分为压电式、磁致伸缩式和电磁式等数 种，其中以压电式最为常用。压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。 压 电式超声波发生器的内部有两个压电晶片和一个共振板。 当它的两极 外加脉冲信号， 且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 （一种机械波）（逆 压电效应），即为超声波发射器。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

6、振动， 将机械能转换为 电信号（压电效应），即为超声波接收器。3.2 超声波测距原理在某一时刻给超声波发生器施加 40KHZ方波信号，发生器发出超 声波，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。只要计算 出超声波信号从发射到接收的时间差， 知道在介质中的传播速度， 就 可以计算出被测物体的距离 d=s/2=（vt）/2 。其中 d 为被测物到测距 仪之间的距离， s 为超声波往返通过的路程， v 为超声波在介质中的 传播速度， t 为超声波从发射到接收所用的时间由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，如果温度变化不 大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求较高，则还要通过温 度补偿的方

7、法加以校正。 不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系： v=331.4+0.61t 。式中， t 为实际温度 ( )超声波发射器超声波接收器3.3 基于单片机超声波测距仪系统构成单显示电路超声波发射电路片机 系键盘电路超声波接收电路统温度补偿电路第4章 超声波测距原理图分析4.1 发射电路4超声波发射电路由 40KHZ振荡电路、 驱动电路、超声波发射器构成。40KHZ 振荡电路驱动电路方案二用的是 555芯片，通过 555 芯片产生超声波发射的 40KHZ的方波信号， 通过调节 10k 的电位器可微调振荡频率。 单片机 I/O 口输出的控制信号由 555芯片的 4 脚输入，控制超声波

8、的振荡与停止。并且方波信号由 3 脚输出为提高超声波的发射功率， 增大提高测量距离， 可采用音频集成 功放做驱动电路。 LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电 压增益可调整、电源电压范围大、 外接元件少和总谐波失真小等优点。4.2 接收电路超声波接收电路由放大、整形、译码电路构成放大 整形 译码 音频译码集成块构成接收电路接收头将超声波调制脉冲变为交变电压信号，通过 CMOS 6非门 芯片 CD4069整形，整形后的信号由 C1 耦合给带有锁定环的音频译码 集成块 LM567的输入端 3 脚，当输入信号的幅度落在其中心频率上 时， LM567的逻辑输出端 8 脚由高电平跃变为低电平。

9、 8 脚输出的低 电平接单片机的外部中断引脚， 单片机接收到低电平后触发中断， 调 用计算子程序计算距离。第 5 章 超声波测距的意义和应用5.1 超声波测距的意义随着计算机技术、 自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应 用，测距问题显得越来越重要。 目前常用的测距方式主要有雷达测距、 红外测距、激光测距和超声测距 4 种。与其他测距方法相比较，超声 测距具有下面的优点：(1) 超声波对色彩和光照度不敏感， 可用于识别透明及漫反射性 差的物体 (如玻璃、抛光体 ) 。(2) 超声波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、有毒等恶劣环境中。(3) 超声波传感器结构

10、简单、体积小、费用低、技术难度小、信 息处理简单可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距 识别手段，已越来越引起人们的重视。5.2 超声波测距的应用随着社会的发展， 人们对距离或长度测量的要求越来越高。 由于 超声测距是一种非接触检测技术， 不受光线、被测对象颜色等的影响， 在较恶劣的环境（如含粉尘）具有一定的适应能力。因此，用途极度 广泛。例如：测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井 等，超声测距仪的优点是：仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方 便。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价 值已被普遍重视，其中在汽车倒车防撞系统中的应用最为直观。汽车倒车防

11、撞测距报警器 , 是我国八五期间需重点开发的重大 科研项目之一 , 也是汽车六大类汽车电子产品中的一种。以往的汽车 倒车报警器可分为四大类 , 即嘀嘀声加闪光 , 音乐声加闪光 , 语言声加 闪光和倒车至危险距离 （如 015m）时发出报警声的超声波倒车报警器。 本研究综合了第 3、4 类报警器各功能 ,并将第 4类报警器加以改进、 发展,使其不仅可发出警告行人的语言声 , 而且还能在整个倒车过程 中自动测量车尾与最近障碍物之间的距离 ,并用数字显示出来 , 在倒 车至极限安全距离 （如 016m）时,会发出急促的警告声 ,提醒驾驶员注 意刹车。另外当蓄电池电压过低时 ,还会发出声光警告 ,

12、提醒驾驶员及 时充电, 以保证仪器及汽车正常工作。第 6 章 元件装配及调试6.1 元件装配元件装配过程比较简单， 但也是一个不容忽视的过程， 要求购买 的元件对应元件清单，焊接美观严实，元件排列整齐美观等。我们在安装元件的过程中也发现了一些问题， 即单排针和传感器探头的引脚 不能插入插孔， 我们只能用镊子一点一点地钻宽， 并且保证铜片不脱 落。元件焊好后， 我们还要细心的检查看是否有虚焊，焊接不到位的 还要补焊。6.2 编程及调试程序如下：#include#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #defin

13、e nop _nop_() sbit T = P10; sbit R = P32;sbit beep = P11;sbit shu4 = P27; sbit shu3 = P26; sbit shu2 = P25; sbit shu1 = P24;sbit k1= P34;sbit k2= P35;sbit k3= P36;sbit k4= P37;uint ge,shi,bai,xiaoshu;uint flag,flag1,flag2;uint timeh,timel,distance;uchar anjian,aj;uchar codeled=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x

14、99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x89,0xbf;/ 无小数点09uchar buff10;void delay(uint z)uchar i;while(z-)for(i=110;i0;i-);void delayus()uchar i;for(i=8;i0;i-)T = !T;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;void LEDDisplay(uint i,uint j,uint k,uint m)shu4 = 0;shu3 = 1;shu2 = 1;shu1 = 1;P0=ledi;delay(2);shu4 = 1;shu4

15、 = 1;shu3 = 0;shu2 = 1;shu1 = 1;P0 = ledj;delay(2);shu3 = 1;shu4 = 1;shu3 = 1;shu2 = 0;shu1 = 1;P0 = ledk+0x80;delay(2);/ 百位部分/ 十位部分/ 个位部分shu2 = 1;/ 小数部分shu4 = 1;shu3 = 1;shu2 = 1;shu1 = 0;P0=ledm;delay(2);shu1 = 1;void display(uint dat)bai = dat/1000;shi = dat%1000/100;ge = dat%1000%100/10; xiaoshu

16、 = dat%1000%100%10; if(dat100)&(dat4000)LEDDisplay(bai,shi,ge,xiaoshu);else if(dat=1)LEDDisplay(11,11,11,11); keycan();flag2-;while(1)FS();keycan();display(distance);if(distance 0)&(tmp65536) 为到米timeh = TH0; timel = TL0;elsetimeh = 0; timel = 0;/ 关定时器/ 关外部中断/ 读取定时器的值/ 判断是否超出范围 , 此设置的范围/ 把计时值放入缓冲/ 超出

17、范围则重新测量6.3 PCB 板及成果展示12第 7 章 实习总结7.1 实习总结经过两周的实训时间， 我付出了什么？收获了什么？我反复地回 忆，反复地总结，思路终于慢慢清晰。绘制原理图和 PCB板图是制作 PCB板的前期准备， 也是制板成功 与否的关键所在。在绘图前，我们小组进行了明确分工，并分析了原 理图和 PCB图的绘制思路和绘图中应该注意的问题。 此次实训， 除了 制图由小组完成外， 张艳阳老师还在课堂上悉心指导我们， 带我们走 出 DXP软件的应用误区。在绘图过程中，我们也面临许多问题，比如 缺乏系统的制图经验， 思路凌乱，再加上对软件的各项功能还不熟练， 因此制图进度比较缓慢，所绘

18、图也在不断的修改和校正。 PCB制图是 一项最为繁琐， 最为考验人耐力的环节， 需要我们耐心而细心地完成 每一个步骤。 查找原理图中所需元件一直是我的弱项， 尽管查找步骤 正确，但是每个环节总会出纰漏，因此而延误绘图时间。再者，原理13 图中有些所需元件在元件课中查找不到， 还需自己生成原理图库， 创 建新元件。创建新元件是一个非常容易出错的地方， 需注意元件大小、 编辑生成注释和标注引脚等， 其中任何一环节出错， 都会造成新元件 不可用。随后， 我们还要按照方案要求生成封装库，每个元件都要对 应封装，才能导入 PCB文件中去。最后，最为繁琐的就是绘制 PCB图， 层的设置、层颜色的设置、 导入元件和元件布局、规则设置和布线以 及 PCB文件的后期处理等环节都有严格的要求，布线要适配电器规 则，要有实用性。 通过两周的制图，我们对 DXP制图软件有了较为深 入的了解，培养了良好的学习习惯和更加坚定了毅力。7.2 谈谈你对这次实习的感受PCB制板过程虽然只有短暂的一天，但是却给我留下了深刻的印 象。一天中，除了午休时间，白天我们一直呆在实训楼，时时刻刻期 待着自己的板子完美出炉。 我们的制板实训一直由谢海明老师带， 他 虽然表达能力不是很强， 但是他一直