超声波智能测距系统设计与实现论文.doc

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1、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，）【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DesignandimplementationofintelligentultrasonicrangingsystemHuangKunXuShuaiMaShilei(Collegeofphysicsandelectroni

2、cinformationengineering,QinghaiNationalityUniversity，Xining,)Abstract:thetraditionalwaybasedonthedefectsinthedistanceandnotperfect,themainprincipleoftheultrasonicrangingsystem,theapplicationofSCMareanalyzed;ontheultrasonicgeneratingcircuitandreceivingcircuit,LCDdisplaycircuit,alarmcircuit

3、,hardwareandsoftwaredesignofsystemerroranalysis.Keywords:ultrasonicdistancemeasurement;MCU;LCDdisplay;alarm;erroranalysis.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

4、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国内这一类的测距技术还对较为完善，但是这类系统外围电路相对复杂，显示部分不够形象，而且精度不高，大部分停留在厘米级别。1.2系统的功能、性能要求1.2.1系统的基本功能本次

5、设计的“高精度超声波智能测距系统”能够实现2cm-4m范围内的精确测量功能，LCD液晶屏汉字显示功能，以及距离分段报警功能。1.2.2系统的性能要求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

6、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

7、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