超声波测距 - 图文

西安科技大学 超声波测距设计论文

作品名称： 超声波测距仪 组 员： 宫博 田宁 张根 指导老师： 张晓莉 学 院：通信与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 完成时间： 2014--05--20

目

录

1. 绪论……………………………………………………………1

1.1课题介绍??????????????????????1 1.1总体方案设计介绍??????????????????2

2. 硬件电路设计….………………………………………………5

2.1整体电路设计...……………………………………………………5 2.2超声波发射电路...…………………………………………………5 2.3超声波接收电路...…………………………………………………6 2.4超声波数据显示模块 ...…………………………………………..7

3．系统程序的设计…….…………………………………………7

3.1超声波测距器的算法设计………………………………………..7

3.2超声波测距设计主程序 ………………………………………..10

4.设计总结……………………………………………………13 5.附件.…………………………………………………………13

5.1超声波测距控制源程序???????????????13

5.2超声波测距设计总体电路 ……………………………….…..19

第一章 绪 论

1.1课题介绍

社会在进步，随着经济生活的发展，随着人们生活水平的提高，在当今社会，车辆已经逐渐成为了人们日常生活中至关重要的一部分，我们知道我们越来越离不开测试仪了，以车代步已经成为生活的一部分。关于测试仪的各种新技术也层出不穷，但是放眼望去，绝大多数的厂家和研究机构的研究方向过多的集中在了设备本来已经相当高级的车上。

而在平日的生活当中我经常会遇到这样的问题，如来到一个大型的停车场，要来购物或者有非常着急的事情，但是却往往找不到要停车的位置。然而现在通常在有的有显示空车位停车场当中又不能智能引导测试仪走到空着的车位。在这种特殊的情况下，有通常会发生各种各样棘手问题而束手无策，譬如：有很多车会堵在停车场门口处，又譬如浪费了很长时间找到车位又被其他车辆所占据，会导致打架的事情，直接导致家用车货车的搁浅，引起极大的不便。再如长时间驾驶后在没有需要的停车位置的情况下停车休息，由于极度疲劳导致的贵重钱物丢失现象以及大型长途货车在停车场门口马路很窄的情况下由于很多待于停车的车辆堵车引起的倒车不便等等。针对这些具体而实际的问题提出解决方案，节约资源时间，所以我们做一个智能车辆引导系统更具有现实意义。

随着计算机技术、自动化技术发展，测距与识别问题在工业中变得十分重要。例如，传统的如钢卷尺接触式测量仪器在测量一定距离时，这种仪器对高于3m的顶板安设困难，且测量不准确;对于横向变形量的测量，若安设于两侧之间，则妨碍人、车来往，如果不固定安设装，则测量精度很低，难以监测微小变形。在自动化装配、检测、分类、加工与运输等过程中，要对随意放置的工件进行作业，这就必须对工件的位置、形状、姿势、种类自动地进行判别，尤其在在工件运输过程中进行识别，则问题更为复杂与困难，因此人们急切需要各种非接触式的测距仪。

我们目前的非接触式测距仪常采用超声波、激光和雷达，红外线等。

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但激光和雷达测距仪造价偏高，红外线测量距离又太短，不利于广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波方法具有明显突出的优点:

1.对于设计停车场来说，超声波的传播速度仅为光波的百万分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢，因此可以直接测量较近目标的距离，很合适;

2.针对停车场停车当中有的车有天窗，是玻璃或其他透明物质制的。超声波对色彩、光照度不敏感，可适用于识别透明、半透明及漫反射差的物体(如玻璃、抛光体);

3.停车场应该是日夜工作的，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;

4.超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制[1]。

因此，超声波方法作为非接触检测和识别的手段，已越来越引起人们的重视。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损

检测、超声定位、测试仪倒车、工业测井、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。

1.2总体方案设计介绍

本课题文所研究的超声波测距仪利用超声波指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，即用超声波发射器向某一方向发送超声波，同时在发射的时候开始计时，在超声波遇到障碍物的时候反射回来，超声波接收器在接收到反射回来的超声波时，停止计时。设超声波在空气中的传播速度为V，在空气中的传播时间为T，测试仪与障碍物的距离为S，错误！未指定书签。S=VT/2，这样可以测出测试仪与障碍物之间的距离，然后在LED显示屏上显示出来。

其工作机理是依据压电材料的正逆压电效应，利用逆压电效应产生超声波，即逆压电效应是在压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号，材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变，这种机械形变推动周围

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介质振动，产生疏密相间的机械波，如果其振动频率在超声范围内，这种机械波就是超声波。

本文所设计的超声波测距仪主要由STC89C52单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路.

首先由单片机的晶振产生12MHZ的方波信号，由超声波发射探头发送出去，在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号，然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算，把计算结果输出到LED数码管上。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；另一类是用机械方式。产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液 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。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。

根据设计要求并综合各方面因素，本例决定采用STC89C51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。超声波测距器系统设计如图1.1所示。

图1.1 超声波测距器系统设计框图

超声测距方法有脉冲回波法、共振法和频差法。其中脉冲回波法测距最为常用，它主要基于超声测距回波信号的识别，多采用模拟方法，用电路来实现。

障碍物 发射端 h S d 如图1-2所示，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被

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接收端

图1-2超声测距原理图

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