超声波测距系统课程设计

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时间:2018-07-07

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1、目录《智能仪器综合设计》课程设计任务书11.超声波测距系统设计32.总体设计方案42.1系统整体方案设计42.2系统整体方案的论证42.3检测的计算方法42.4AT89C52单片机52.5单片机主要功能特性62.6引脚功能及管脚电压63.硬件原理设计73.1发射电路设计73.2接收电路设计84.软件设计104.1延时程序114.2程序清单115.超声波传感器125.1超声波传感器原理125.2超声波传感器的系统构成136.调试结果157.数据与误差187.1实测数据组187.2误差来源187.3解决方

2、案18个人小结20参考文献21附录一22附录二2338《智能仪器综合设计》课程设计任务书题目:超声波测距系统设计一、课程设计任务超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,如液位、井深、管道长度等场合。超声波测距的原理是,发射器发射出超声波,遇到被测物体后返回声波由接收器接收,测量出超声波发射和接收到回波的时间差,超声波波速与时间差乘积的一半即为被测距离。该超声波测距系统以AT89S52单片机为核心进行设计。二、课程设计目的通过本次课程设计使学生掌握:1)智能仪器的一般设计、实现方法;

3、2)超声波传感器测距的工作原理;3)智能仪器设计的实际调试技巧。从而提高学生对智能仪器的设计和调试能力。三、课程设计内容和要求1、掌握超声波传感器的测距原理,测量结果数显;2、根据超声波测距原理,设计超声波测距系统的硬件结构电路并画出原理图;3、用PROTUES对所设计的系统进行仿真;4、给出软件设计流程图;5、系统软硬件连调,给出该测距系统的性能指标,并对产生的误差进行分析。四、课程设计报告要求报告中提供如下内容:  1、目录2、正文(1)课程设计任务书;(2)超声波传感器测距原理;(3)系统总体设

4、计方案;(4)超声波测距系统硬件电路的设计,包含发射电路、接收电路和显示模块的设计,用PROTEL软件绘制硬件原理图并列出器件清单,用PROTUES仿真;(5)软件设计:程序流程图及清单(子程序不提供清单,但应列表反映每一个子程序的名称及其功能);38(6)调试结果:各个关键点波形和实测数据组;(7)系统误差来源及解决方案分析;3、收获、体会4、参考文献五、课程设计进度安排周次工作日工作内容第一周1布置课程设计任务,查找相关资料2熟悉智能仪器综合实验平台所提供的相关资源3完成总体设计方案4画出硬件原理

5、图并进行仿真5完成硬件接线,编写程序并调试第二周1编写程序并调试2编写程序并调试3编写程序并调试及准备课程设计报告4完成课程设计报告并于下午两点之前上交5答辩本课题共需两周时间七、课程设计考核办法本课程设计满分为100分,从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分,其所占比例分别为20%、40%、40%。381.超声波测距系统设计通过超声波发射装置发出超声波,根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。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

6、计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。(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t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2)图1-1超声波测距系统框图在超声波测距系统中,用脉冲激励超声波探头的压电晶片,使其产生机械振动,这种振动在与其接触的介质中传播,便形成了超声波。就是探头接通电源后以一定的频率不断发出声波,当声波遇到障碍物时便会反射回来,反射回来的声波遇到探头就会对探头产生振动,从而产生相应的电压。利用

7、超声波测量距离的原理如图l-1所示,主要由超声波发射、超声波接收与信号转换电路组成。简单描述为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返回来。超声波接收器收到反射波并转化为电信号就立即停止计时。这样只要测出发送和接收的时间差t,即可求出距离:(1)式中:C为超声波在空气中的传播速度。在常温下,空气中的声速约为340m/s。由于超声波也是一种声波,其传播速度C与温度有关,在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的,其与环境温度T(℃)

8、的关系式如下:(2)382.总体设计方案2.1系统整体方案设计由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。     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、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

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