超声波测距报告PPT(详细指导)

1、 总 结 报 告 检测与转换技术B课程综合练习项目 XX大学 XX学院 超声波测距装置 I 电气 项目简介 项目简介 项目名称：超声波测距装置项目名称：超声波测距装置 项目负责人：项目负责人：XXX 组员：组员：X 所在班级：所在班级：X 项目指导老师：项目指导老师：X 项目完成时间：项目完成时间：2016年年11月月 一： 项目研究内容 项目研究内容 超声波测距装置超声波测距装置 其功能其功能：此装置能够测量出装置（超声波发射点）与障碍物：此装置能够测量出装置（超声波发射点）与障碍物 之间的距离之间的距离, 并通过并通过4位位LED数码管显示出装置与障碍物之数码管显示出装置与障碍物之 间的距

2、离（单位为间的距离（单位为mm）。）。 测试原理测试原理：采用两个超声波探头分别进行超声波的发射和接：采用两个超声波探头分别进行超声波的发射和接 收，通过超声波发射探头向某一方向发出超声波，在发射的收，通过超声波发射探头向某一方向发出超声波，在发射的 同时开始采用计时器计时，超声波在空气中传播，途中若碰同时开始采用计时器计时，超声波在空气中传播，途中若碰 到障碍物就会立即返回来，超声波接收器一旦收到反射波就到障碍物就会立即返回来，超声波接收器一旦收到反射波就 停止计时器，读出时间停止计时器，读出时间t。(超声波在空气中的传播速度为超声波在空气中的传播速度为 340m/s，根据计时器记录的时间，

3、根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距，就可以计算出发射点距 障碍物的距离障碍物的距离(s)，即，即:s=340t/2)。 二：设计方法 设计方法 在测距的时候。本系统利用一片在测距的时候。本系统利用一片89C52单片机单片机 作为控制中心，通过单片机其中的一个作为控制中心，通过单片机其中的一个I/O口对超口对超 声波发射器进行控制，（声波发射器进行控制，（I/O口为高电平时，触发口为高电平时，触发 超声波发射电路发出超声波）超声波发射电路发出超声波）,此时在另一个单片此时在另一个单片 机机I/O端口等待信号的返回（若有信号返回则此端端口等待信号的返回（若有信号返回则此端 口为低电平）。

4、口为低电平）。 信号循环不断地进行采集。系统包括超声波测信号循环不断地进行采集。系统包括超声波测 距单元（超声波集成模块）、距单元（超声波集成模块）、89c52单片机控制、单片机控制、 蜂鸣器报警模块和数码管显示模块。这个设计的汽蜂鸣器报警模块和数码管显示模块。这个设计的汽 车倒车雷达要能够连续测距，数据经过单片机的处车倒车雷达要能够连续测距，数据经过单片机的处 理后，用理后，用4位数码管显示所测量得到的距离，若计位数码管显示所测量得到的距离，若计 时器溢出，或距离超过时器溢出，或距离超过2500mm，蜂鸣器会发出鸣，蜂鸣器会发出鸣 叫声进行报警。叫声进行报警。 二：设计方法 设计方法 所设计

5、出来的超声波测距系统各模块如下图所设计出来的超声波测距系统各模块如下图1所所 示示 超声波接收器检波电路 89c52单片机 超声波发射器 放大电路 放大电路 报警系统 显示模块 图图1 三：设计过程 设计过程 3.1单片机最小系统单片机最小系统 单片机最小系统是其它拓展系统的基础，对于单片机最小系统是其它拓展系统的基础，对于89c52单片机，单片机， 由于片内已经自带有了程序存储器，所以只要单片机外接时由于片内已经自带有了程序存储器，所以只要单片机外接时 钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了。单片钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了。单片 机的最小系统如图机的最小系统如图2

6、所示。所示。 图图2 单片机最小系统原理 三：设计过程 设计过程 3.2 超声波发射和接收电路设计超声波发射和接收电路设计 3.2.1 超声波发射电路设计超声波发射电路设计 超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。超声超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。超声 波探头将电信号转换为机械波发射出去，而单片机所产生的波探头将电信号转换为机械波发射出去，而单片机所产生的 40 kHz的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动将的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动将 超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大 电路，

7、本设计选用电路，本设计选用74LS04芯片进行信号放大，超声波发射芯片进行信号放大，超声波发射 电路如图电路如图3所示。所示。 图图3 三：设计过程 设计过程 3.2.1 超声波发射电路设计超声波发射电路设计 工作时，由单片机产生工作时，由单片机产生40 kHz的脉冲从的脉冲从P0.1口向超声波的口向超声波的 发射电路部分发出信号，再经发射电路部分发出信号，再经74LS04放大电路放大后，驱放大电路放大后，驱 动超声波探头将超声波发射出去。动超声波探头将超声波发射出去。 图3 三：设计过程 设计过程 3.2.2 超声波接收电路设计超声波接收电路设计 由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如

8、果距由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距 离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比 较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数 也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路CX20106A 芯片电路构成的，芯片电路构成的，CX20106A芯片电路可以对超声波信号进芯片电路可以对超声波信号进 行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能， 比较完之后超声波接收电路

9、会输出一个低电平到单片机去请比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单片机去请 求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。 CX20106A芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能， 当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比 较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益 效果。效果。 三：设计过程 设计过程 CX20106A芯片的芯片的5脚在外接电阻脚在外接电阻 对它的带

10、通滤波器的频率进行调节，对它的带通滤波器的频率进行调节， 而且不用再外接其他的电感，能够而且不用再外接其他的电感，能够 很好地避免外加磁场对芯片电路的很好地避免外加磁场对芯片电路的 干扰，而且它的可靠性也是比较高干扰，而且它的可靠性也是比较高 的。的。CX20106A芯片电路本身就具芯片电路本身就具 有很高的抗干扰的能力，而且灵敏有很高的抗干扰的能力，而且灵敏 度也比较高，所以，能满足本设计度也比较高，所以，能满足本设计 的要求。超声波接收电路如图的要求。超声波接收电路如图4所所 示。示。 图图4 三：设计过程 设计过程 3.2.3 HR-SR04超声波集成模块超声波集成模块 HR-SR04超

11、声波集成模块是将超声波发射探头，超声波接超声波集成模块是将超声波发射探头，超声波接 收探头，收探头，CX20106A芯片电路，芯片电路，74LS04芯片放大电路集成芯片放大电路集成 到的一起的一个超声波集成模块。到的一起的一个超声波集成模块。HR-SR04超声波集成模超声波集成模 块正面外观如图块正面外观如图5所示，所示，HR-SR04超声波集成模块的背面超声波集成模块的背面 外观如图外观如图6所示。所示。 图5 图6 三：设计过程 设计过程 3.3 显示报警模块设计显示报警模块设计 3.3.1 数码管显示模块设计数码管显示模块设计 在每个数码管里面都有在每个数码管里面都有8只发光二极管，它们

12、分别记作只发光二极管，它们分别记作a、b、 c、d、e、f、g、dp，其中，其中dp是小数点（如图是小数点（如图7所示），当所示），当 电流由二极管的正极流向负极时，二极管就可点亮。电流由二极管的正极流向负极时，二极管就可点亮。 图7 三：设计过程 设计过程 此次数码管显示选用的是动态扫描的方式，此次数码管显示选用的是动态扫描的方式，动态显示即数动态显示即数 码管的轮流显示，利用人眼的码管的轮流显示，利用人眼的“视觉暂留视觉暂留”特性，这样看出特性，这样看出 来的就是在显示不同数值。数码管的动态显示比较实用，电来的就是在显示不同数值。数码管的动态显示比较实用，电 路构建简单，所以本设计采用动态

13、扫描的方法显示测量距离，路构建简单，所以本设计采用动态扫描的方法显示测量距离， 只要轮流显示的速度足够快的时候就能够实现测量数值的显只要轮流显示的速度足够快的时候就能够实现测量数值的显 示。显示模块选用示。显示模块选用4位共阳极数码管进行动态扫描，此扫描位共阳极数码管进行动态扫描，此扫描 方式能完全达到显示要求。显示模块连接电路图如图方式能完全达到显示要求。显示模块连接电路图如图8所示。所示。 图3 图 8 三：设计过程 设计过程 3.3.2 报警模块设计报警模块设计 报警模块通过单片机给定低电平使蜂鸣器发出声音。报警模报警模块通过单片机给定低电平使蜂鸣器发出声音。报警模 块电路图如图块电路图

14、如图9所示。所示。 图9 三：设计过程 设计过程 34 系统整体电路系统整体电路 根据本章前面对设计的各个相关模块的分别讲述讲述，再结根据本章前面对设计的各个相关模块的分别讲述讲述，再结 合单片机的引脚功能，从而得到系统整体电路图，如图合单片机的引脚功能，从而得到系统整体电路图，如图10 所示。所示。 图图10 实物展示 四：系统测试 系统测试 如图如图11所示所示,一块地板砖的实际距离为一块地板砖的实际距离为60cm，也就是，也就是 600mm，如图，如图12显示为显示为563mm。误差为。误差为37mm。 图图11 图图12 五：结果分析 结果分析 本系统在设计和数据的计算过程中无可避免地

15、会本系统在设计和数据的计算过程中无可避免地会 产生一定的误差，以下对可能产生误差的原因进行产生一定的误差，以下对可能产生误差的原因进行 分析：分析： （1）环境的温度所引起的误差环境的温度所引起的误差 环境温度的影响是本设计在不同的温度条件下测量环境温度的影响是本设计在不同的温度条件下测量 数据存在误差的主要原因，根据有关资料，在当温数据存在误差的主要原因，根据有关资料，在当温 差较大时，前后两次测距的误差肯定前后相差也比差较大时，前后两次测距的误差肯定前后相差也比 较大。而本设计中并没有温度补偿模块，主要是起较大。而本设计中并没有温度补偿模块，主要是起 到距离的测量和警报的作用而已，所以本设

16、计并没到距离的测量和警报的作用而已，所以本设计并没 有采用温度补偿模块进行设计。有采用温度补偿模块进行设计。 五：结果分析 结果分析 （2）不同障碍物表面材料的不同介质引起的误差不同障碍物表面材料的不同介质引起的误差 因为表面粗糙的障碍物介质要比光滑介质的测量结因为表面粗糙的障碍物介质要比光滑介质的测量结 果要差，如果障碍物的反射面比较粗糙会引起反射果要差，如果障碍物的反射面比较粗糙会引起反射 信号散射开那么回波信号就会减弱，这样就会导致信号散射开那么回波信号就会减弱，这样就会导致 测量结果的误差增大。测量结果的误差增大。 （3）超声波模块的感应角的影响超声波模块的感应角的影响 两个超声波探头

17、即发射探头和接收探头和障碍物之两个超声波探头即发射探头和接收探头和障碍物之 间存在一个几何角度，反射波入射到探头存在一定间存在一个几何角度，反射波入射到探头存在一定 的角度，当这个角度过大时，这就会造成测量较大的角度，当这个角度过大时，这就会造成测量较大 的误差，或者说根本接收不到回波信号。特别是在的误差，或者说根本接收不到回波信号。特别是在 障碍物的距离较近的时候这个误差就成为了距离测障碍物的距离较近的时候这个误差就成为了距离测 量的主要误差的原因，但是这种误差是可以尽量减量的主要误差的原因，但是这种误差是可以尽量减 小的，利用发射能力强、散射小的探头，或者多用小的，利用发射能力强、散射小的

18、探头，或者多用 几个探头。几个探头。 五：结果分析 结果分析 （4）余波信号的影响余波信号的影响 在测量时有一部分的声波是从发射探头直接转收到接收探头在测量时有一部分的声波是从发射探头直接转收到接收探头 的，这部分声波即是余波信号，这种余波对测量的干扰是挺的，这部分声波即是余波信号，这种余波对测量的干扰是挺 大的。但是这种干扰能够通过别的方法进行处理，比如软件大的。但是这种干扰能够通过别的方法进行处理，比如软件 算法的方法去消除直达波的干扰。当芯片收到信号波时自动算法的方法去消除直达波的干扰。当芯片收到信号波时自动 判定收到的超声波信号是发射的声波衍射而返回来的信号时判定收到的超声波信号是发射

19、的声波衍射而返回来的信号时 就会自动忽略掉，继续去等待检测在这个工作周期内是否有就会自动忽略掉，继续去等待检测在这个工作周期内是否有 有效反射波反射回来，如果有就进行处理，没有就进行新的有效反射波反射回来，如果有就进行处理，没有就进行新的 一次测量。一次测量。 六：资金使用情况 资金使用情况 序号序号元件名称元件名称元件规格型号元件规格型号数量数量单价单价 1 1 常用轻触常用轻触 按键包按键包 轻触开关（含轻触开关（含3535个）个）1 11.191.19 2 2 电解电容电解电容 包包 1212种值电解电容（每种种值电解电容（每种1010个）个）1 14.54.5 3 3 瓷片电容瓷片电容

20、 包包 3030种常用（每种种常用（每种1010个）个）1 16 6 4 4电阻电阻1010欧（欧（1010个）个）1 11.21.2 5 5电阻电阻2K2K（100100个）个）1 11.441.44 6 6电阻电阻1k1k（100100个）个）1 10.940.94 7 7电阻电阻220k220k（100100个）个）1 11.441.44 8 8三极管三极管PNP s9012PNP s901210100.050.05 9 9直插晶振直插晶振12M12M2 20.160.16 1010插座插座14PIN14PIN2 20.10.1 1111插座插座16pin16pin2 20.10.1 1212插座插座40PIN40PIN2 20.210.21 131374LS0474LS0414pin14pin2 23.173.17 14144 4位数码管位数码管共阳极共阳极12pin12pin2 21.81.8 1515 分体超声分体超声 波收发器波收发器 两个一对两个一对