基于ARM的超声波测距模块开发.doc

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1、第一章概述11.1课题来源11.2超声检测技术简述11.2.1超声波检测11.2.2超声检测误差来源21.3系统任务和要求31.4系统方案设计31.5系统开发意义及应用4第二章系统原理分析52.1超声波检测系统分析52.1.1超声波测距原理52.1.2温度补偿原理52.2超声波检测预备知识62.2.1超声波的应用62.2.2超声波传感器7第三章系统总体设计113.1智能测量模块总体设计113.1.1超声传感器的选择113.1.2超声信号的处理123.2系统模块电路设计133.3系统通信总体设计133.3.1串行通信基本概

2、念133.3.2串行通信过程143.4系统通信软件设计14第四章系统硬件设计164.1关键器件选择164.1.1嵌入式ARM微处理器LPC2131164.1.2液晶显示器164.1.3超声波传感器164.2超声波检测模块174.2.1超声波收发分体回路设计174.2.2超声波收发一体回路设计194.3液晶模块204.3.1FYD12864-0402B液晶模块介绍204.3.2FYD12864-0402B液晶模块的应用214.4串口通信模块214.4.1串行通信协议214.4.2串行通信总线标准接口214.5温度补偿模块2

3、24.5.1温度传感器DS18B20原理224.5.2DS18B20与ARM接口电路224.6电源模块23第五章系统软件设计245.1系统程序总体设计245.2下位机程序设计25第六章系统测试296.1系统操作306.2测试结果分析31第七章系统展望33结束语34致谢34参考文献35附录一、系统PCB图37附录二、整机实物图37附录三、主要程序代码38附录四、翻译41第一章概述1.1课题来源超声波测距技术是近年来出现的测距新技术[1],是一种非接触的检测方式,和红外、激光及无线电测距相比,它具有结构简单、可靠性能高、价格

4、便宜、安装维护方便等优异特性,在近距范围内超声测距具有不受光线、颜色以及电、磁场的影响,在恶劣作业环境下有一定的适应能力[2]。因此利用超声波测距在实现定位及环境建模场合,如:液位、汽车防撞雷达、井深及管道长度测量、机器人定位、辅助视觉系统等方面得到广泛的应用。但传统的超声波测距仪测量精度普遍较低,都不能满足高精度测量的要求。为了克服此不足,作者从测距仪结构设计和回波信号处理的角度出发,提出了基于回波包络峰值[3]的检测方法，从而进一步提高测距仪超声检测的精度、系统的稳定性和抗干扰性对。本设计是基于ARM来实现的。1.2

5、超声检测技术简述1.2.1超声波检测图1-1声波频率界限声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波和特超声波。一般人耳能听到的声音的频率范围在20Hz～20kHz之间，频率低于20Hz的波称为次生波，而高于20kHz的波称为超声波，频率高于Hz的波称为特超声波[4]。声波频率界限如图1-1所示。超声波检测中常用的工作频率在0.25～20MHz范围内。由于超声波具有的这些良好的品质，超声波的研究和应用已经渗入工业、农业、国防、医学以及航天和航空等领域并且取得了卓有成效

6、的进展[5]。甚至有人认为超声技术可以和电子技术、信息技术以及核技术相媲美，是一门具有广阔发展前景的高新技术。1.2.2超声检测误差来源本系统采用渡越时间法进行物位测量，通过不断检测超声波发射后遇到被测界面所反射回来的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出待测物位到传感器的距离L,在已知声速v的情况下，不难得出：L=0.5vt（1）下面对影响超声波距离测量精度的因素进行逐一分析。（1）声速从式(1)可以看出，必须知道声波在媒质中的传播速度v，才能从传播时间求出待测距离，但是各种媒质有不同的声速。因此，在实际测量

7、时，很难把声速看成一个不变的恒量。当媒质的成分、温度、压强等因素都没有很大的变化，而且测量精度要求又不很高的情况下，把声速当作不变的方法才能勉强满足测量要求，否则就应该进行声速校正。在多数情况下，温度是影响声速的一个重要因素，例如在空气中声速理论公式为：（2）式中T为摄氏温度，式（2）表明空气中声速是温度的函数，此时式(1)为m（3）不难看出，温度每变化1℃，引起声速变化约千分之1.8。这对测量结果影响较大。所以，应进行温度补偿。通常情况下，可在设备中安装温度敏感元件，采用适当的补偿电路，利用敏感元件的输出信号来对声速进

8、行校正。（2）硬件响应时间硬件电路是有一定延时的。例如滤波电路一般在几十微秒左右。另外超声物距测量系统中广泛采用ARM来检测渡越时间，而ARM系统的延时，相对来讲也比较大。例如利用ARM的外部中断来检测回波触发信号。尽管它己经被设置为最高的中断优先级，并且不会被其他的中断所阻碍，但是中断响应是需要一定时间的。（3）触