单片机课程设计报告(实用导盲仪)

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1、单片机系统课程设计报告设计题目：实用导盲仪专业测控技术与仪器学号Xxxx姓名Xxxxx小组成员Xxxx指导老师Xxx设计时间2013年8月23日总评成绩Xxxxxx国防科技大学机电工程与自动化学院单片机系统课程设计报告一、预期性能指标设计一个以51单片机开发板为核心控制器的障碍物检测报警的导盲系统。1．超声波模块测量范围障碍要求为0.10～5.00m；2．测量精度为3cm；3．判断正前方或地面是否有障碍。4．根据障碍的距离远近以及类别报警。二、工作原理1、工作原理概述1.1超声波测距的原理1.1.1超声波的

2、基本理论随着科技的发展和社会的进步，人们对于检测未知世界，开发未知功能的需求越来越迫切和明显，新一代科技产品对于人们的关切程度也日益增加。其中，超声波检测技术就是为了满足这些需求而应运而生的一门技术手段。超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射

3、大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在10——10Hz，其中通常的频率大约在10——3×10之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播时，如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。于是超声波在传播过程中有如下的特性和作用。1.1.2超声波的传播速度超声波在介质中

4、可以产生三中形式的振荡波：横波——质点振动方向垂直于传播方向的波；纵波——质点振动方向与传播方向一致的波；表面波——质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。1.1.3超声波的物理性质当超声波传播到两种特性不同的介质的平面上时，一部分被反射；另一部分透射过界面，在相邻的介质内部继续传播；这样的两种情况称之为超声波的反射和折射，如图2.

5、1所示。第18页国防科技大学机电工程与自动化学院单片机系统课程设计报告图2.1超声波的反射和折射1.1.4超声波对声场产生的作用(1)机械作用超声波传播过程中，会引起介质质点交替的压缩与伸张，构成了压力的变化，这种压力的变化将引起机械效应。超声波引起质点的运动，虽然位移和速度不大，但是与超声波振动的频率的平方成正比的质点的加速度却很大。有时足以达到破坏介质的程度。(2)空化作用在流体动力学指出，存在于液体中的微气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定的值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波

6、，这种膨胀、闭合、振动等一系列动力学过程称为空化。(3)热学作用如果超声波作用于介质时被介质所吸收，实际上也就是有能量吸收，同时，由于超声波的振动，使介质产生强烈的高频振荡介质相互摩擦产生热热量，这种能量使介质温度升高。1.1.5超声波传感器超声波传感器主要有电致伸缩和磁致伸缩两类，电致伸缩采用双压电陶瓷晶片制成，具有可逆特性。压电陶瓷片具有如下特性：当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压时，就会产生“压电效应”，使压电陶瓷也产生机械变形，这种机械变形的大小以及方向与外加电压的大小和方向成正。反之，如果

7、由超声波机械振动作用于陶瓷片使其发生微小的形变时，那么压电晶片也会产生与振动频率相同的微弱的交流信号。超声波传感器内部结构如图2.2所示，外部结构如图2.3所示。图2.2元件内部结构图2.3超声波外部结构1.1.6超声波测距系统原理在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。第18页国防科技大学机电工程与自动化学院单片机系统课程设计报告1.1.7超声测距方法(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距

8、离成正比，测量电压即可测得距离；(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系