超声波测距系统设计现代测控技术课程设计.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 现代测控技术课程设计 超声测距系统设计 学 院： 班 级： 姓名学号： 学 号： 指导教师： 前言 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等生物作为防御和捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不能被人们听到的超声波20Hz以上的机械波，借助空气或其它介质传播。通过被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短和反射回来的信号强弱来判断反射物的类型及距离的远近。人类采用仿生学，人工发射出超声波。目前，超声波已应用在民用及国防工业中。例如:用超声波探测海洋潜艇位置、鱼群以及确定海底暗礁等障碍物形状及位置。利用超声波在固体巢传播的时间确定物体的长度以及超声波在固体里遇到障碍物界面上的反射来确定物体内部损伤(如裂缝、气孔及杂质等)位置，称之为无损探伤。利用超声波测距辅助机器人确定机器人自身位置和环境识别，从而准确避开障碍物按照预先规划好的行进方向行进来完成预定任务。另外还应用于矿井探测、液面探测、建筑、汽车报警等领域。超声波测距是一种非接触式检测方式，和红外、激光及无线电测距相比，超声波测距有其不受光线影响，结构和操作简单，成本低等特点。采用高精度视觉识别环境技术需要复杂的信息处理，且体积较大，价格昂贵。对于体积较小成本较低的机器人，这些特点尤为突出，相比之下，超声波测距的特点弥补了以上不足，在许多情况下能很好地完成探测任务。就此而言，本课题的研究是有一定实际意义的。 目录 前言…………………………………………………………………2 1、课程设计的任务与要求……………………………………5 2、系统方案比较与选择………………………………………5 2.1利用分立模块的超声波测距仪……………………………………5 2.2基于AT89C51单片机的超声波测距仪……………………………6 3、系统方案与电路设计…………………………………………7 3.1系统整体方案的设计………………………………………………7 3.2系统整体方案的论证………………………………………………7 3.3超声波测距仪原理…………………………………………………7 3.4超声波测距系统电路的设计………………………………………8 3.4.1发射电路的设计…………………………………………………8 3.4.2接受电路的设计…………………………………………………9 3.4.3显示模块的设计…………………………………………………10 4、系统硬件结构设计和软件设计………………………………11 4.1单片机实现测距原理………………………………………………12 4.2系统软件设计………………………………………………………12 5、系统电路调试与误差分析……………………………………15 5.1电路的调试…………………………………………………………15 5.2系统的误差分析……………………………………………………15 5.2.1声速引起的误差…………………………………………………15 5.2.2单片机时间分辨率的影响………………………………………17 6PROTUES仿真……………………………………………………18 结束语……………………………………………………………20 参考文献…………………………………………………………21 附录………………………………………………………………22 1 课题设计的任务和要求 设计一超声波测距仪，任务： (1)了解超声波测距原理。 (2)根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。 设计一超声波测距仪，要求： (1)设计出超声波测距仪的硬件结构电路。 (2)对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。 (3)对设计的电路进行分析。 (4)用PROTUES进行仿真，以数字的形式显示测量距离。 2.系统方案比较与选择 2.1利用分立模块的超声波测距仪 系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组控制模组及电源五部分。 超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制（如图1所示）；超声波换能器谐振在40KHz的频率，模块上带有40KHz方波产生电路。 显示模块是一个8位段数码显示的LCD；测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X点XX米，同时还用两位数字段码显示数据的个数。