超声波智能测距系统设计与实现论文.doc

超声波智能测距系统设计与实现 黄坤 许帅 马仕磊 （青海民族大学物理与电子信息工程学院，西宁，810007） 【摘要】：基于传统的方式在测距方面的缺陷以及不完善，本论文主要对高精度超声波测距仪的原理，单片机的应用等进行了分析；对超声波的发生电路和接收电路，LCD显示电路，报警电路，硬件制作和软件设计；对系统进行误差分析。 【关键词】：超声波测距;单片机;LCD显示;报警误差分析 Design and implementation of intelligent ultrasonic ranging system Huang Kun Xu Shuai Ma Shilei (College of physics and electronic information engineering, Qinghai Nationality University ， Xining, 810007) Abstract: the traditional way based on the defects in the distance and not perfect, the main principle of the ultrasonic ranging system, the application of SCM are analyzed; on the ultrasonic generating circuit and receiving circuit, LCD display circuit, alarm circuit, hardware and software design of system error analysis. Key words: ultrasonic distance measurement ;MCU; LCD display; alarm ;error analysis. 1引言 1.1国内外发展的概况 智能测距系统目前在国内有一定的研究水平，多用于汽车工业以及智能机器人的导航系统和相关领域。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用1 高精度超声波测距仪性能要求如下： 1）测量距离范围：2cm-3m； 2）显示方式采样LCD液晶汉显； 3）分段报警； 4）体积小、功耗低、便于嵌入到其他系统。 2 硬件电路的设计 3 系统软件的编写 1) 基于Keil软件的程序编写和编译检查； 2) 基于Proteus的软件仿真。 4 样机制作与实验 5 测量数据 6 误差分析 2系统结构 2.1系统结构框图 图2.1.1 系统结构框图 基本工作原理： 通过单片机驱动程序在P1.2口产生40KHZ的方波经调解电路驱动超声波发射探头发生，遇到障碍物经反射由P1.1口超声波接收探头接收；经单片机内部定时电路计算时间，从而导出障碍物距离探头的距离由接在P0端口的LCD12864显示；距离阈值分为0-1m；1m-1.5m；1.5m以上三段不同频率报警。 2.2 超声波测距工作原理 2.2.1 超声波简介 超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。 超声波的两个主要参数： （1)频率：F≥20KHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F≥15K的声波也称为超声波）； （2)功率密度：p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常p≥0.3w/cm2; 在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释：超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞----空化核。 2.2.2 超声波测距原理 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