超声波测距模块总结报告
董升亮
Senscomp公司的超声波测距系统包括两个部分，分别是测距模块（6500）和静电换能器（600）。前者驱动后者，后者负责发送和接收超声波，之后用户便可根据超声波发收这一时间间隔计算出与目标物之间的距离。经过多次户外实验与优化，目前可实现一片单片机对4个超声波测距模块的控制，并且每个的探测距离都可达到10米左右。
一、超声波测距原理
超声波是指频率高于20khz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波换能器或超声波探头。超声波换能器有发送器和接收器，600系列换能器同时具有发送和接收声波的作用。超声波换能器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距原理也很简单，就是测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就可以得到二倍的声源与障碍物之间的距离。
即：D=C*T/2。其中，D为600换能器到障碍物之间的距离；C为超声波此时在空气中的传播速度；T为超声波的发收时间。在空气中，声波的传播速度一般受温湿度的影响，在没有温湿度传感器或对测量精度要求不高的情况下，一般取340m/s。在以上几次实验中，程序中采用C=340m/s。
二、6500驱动模块
我们所采用的这款6500驱动模块，手册上说可以实现6英寸-35英尺（0.152m-10.668m)的准确测距，但由于所采用的600模块是自发自收的，在发送过程中从障碍物返回的信号就无法捕获。另外，超声波换能器有一定的惯性，发送结束后还留有一定的余振，这种余振经换能器同样产生电压信号，扰乱了系统捕捉返回信号的工作。因此，在余振未消失以前，还不能启动系统进行回波接收（要等待2.38ms），以上两个原因造成了超声传感器具有测量一定的测量范围。模块最近可以到测量37cm。当然实际实验过程中会在这些标准上稍有浮动。该模块操作简单，但要特别注意的是它的噪声干扰问题。该模块共有九个引脚如图1。
图1
1引脚：接地
2引脚：BLNK，多返回模式时，用于控制（拉低）ECHO信号
3引脚：不用
4引脚：INIT，拉高启动模块发射超声波。拉低时，ECHO也同时拉低
5引脚：不用
6引脚：OSC，6500模块内部时钟，一般用不到
7引脚：ECHO，当超声波遇到障碍物返回至换能器时，该引脚拉高。该引脚需要一个470KΩ的电阻上拉至Vcc
8引脚：BINH，可使能探测37cm以内的障碍物
9引脚：Vcc，4.5V-6.8V供电，我们采用5V供电
说明：在这9个引脚当中，我们只用到其中的4个（Vcc，GND，INIT，ECHO）。另外一点值得强调的是，由于BLNK和BINH受内部噪声影响比较大，因此这两个引脚直接连接到GND。并且6500模块与单片机控制板之间的连接排线长度尽量要短。
6500驱动模块具有两种工作方式。第一种工作方式测量的是换能器到其前方第一个障碍物之间的距离。第二种工作方式可探测多个障碍物的回波，其区分能力为间隔3英寸以上的障碍物。
图2 单返回模式，控制时序实例
三、600系列换能器
此超声波换能器是集发送与接收一体的一种换能器。传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4khz、电压为300vacpk-pk左右的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4khz 的超声波。当接收回波时，6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4khz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。
换能器在将电信号转化成声波的过程中，所产生的声波并不是理想中的矩形，而是一个类似花瓣一样形状，发送超声波的波束角大约为30度，见图3。在实际应用中，该波束应为一个立体的圆锥形，这也导致两个问题：
1）随着探测距离的延长，探测障碍物方位的准确性下降。即无法对障碍物进行准确定位。
2）探测距离越远，能量扩散越严重，在障碍物不理想的情况下，返回信号减弱，以至于在标准探测范围内，返回脉冲也达不到600换能器的判断
阈值。
图3
四、单片机控制模块
系统采用PIC30F4011控制芯片，同时集成串口和CAN总线两种数据传输方式。该电路共配置了8个6500模块接口，目前已经用到了其中的4个。为了减小相互之间的干扰，每个模块之间都采用了LC滤波电路。同时在每个模块的电源到地之间增加了一个1uF的旁路电容和一个470uF的铝电解电容，前者用来消除内部干扰对BINH引脚的影响，后者起储能作用，这两者视情况可选择使用。其电路连接如图4，PCB布线如图5。两者中的电感用相近引脚间距的电容做了代替。
图4
图5
五、程序控制模块
由于该单片机控制多个超声波测距模块，因此在编程过程中要首先考虑到各个模块之间的相互影响，最基本的要求是某一个模块突然的硬件错误不会对其他模块的正常运行造成影响。最初考虑到在uCOS-II上进行编程，但实施过程中发现要借用互斥信号量与多个邮箱，任务多且复杂，既费时又费力，并且会对超声波往返时间的计时产生影响，同时也使对程序的阅读更加困难。最终放弃了这个方案。
新方案采用多重循环来进行模块控制调度，为避免陷入死循环，程序中采用了goto语句。在此程序中，我们定义了一个整型变量Con6500，让他分别等于1、2、3、4来分别控制这四个模块，同时还用到了3个定时器：
Timer1：用于设置6500模块探测周期。
Timer2：用于记录各个模块超声波往返时间。
Timer3：用于防止某一模块超时。
程序中对各个模块的返回引脚均采用查询的方式，整个程序的关键代码如下：int main(void)
{
//CAN、UART、Timer、IO初始化
Con6500=1；//从第一个模块开始探测
//……
while(1)
{
StartChk:while(Timer1Lock==1)//有一个6500模块开启
{
while(Con6500==1)//开启的是第一个模块（6500-1）
{
TMR3=0;//为第一个模块计时，以避免其超时
while(1)//查询6500-1返回引脚
{
if(PORTDbits.RD1==1)//ECHO1有返回
{
ECHO1();//完成距离计算及数据发送
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html, TB8=0;//关闭6500-1超声波换能器
Con6500=2;//下一次6500-2模块发送
Timer1Lock=0;//标记所有模块都关闭
goto StartChk; //等待下一个模块开启
}
else if(TMR3>=W aitTMR3)//如果6500-1超时
{
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html, TB8=0;//关闭6500-1超声波换能器
Con6500=2;//下一次6500-2模块发送
Timer1Lock=0; //标记所有模块都关闭
goto StartChk;//等待下一个模块开启
}
}
}
while(Con6500==2)//若开启的是第二个模块（6500-2）
{
TMR3=0;//为6500-2计时，避免其超时
while(1)//查询6500-2返回引脚
{
if(PORTEbits.RE1==1)//ECHO2有返回
{
ECHO2();//完成距离计算及数据发送
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html, TB7=0;//关闭6500-2超声波换能器
Con6500=3;//下一次6500-3模块发送
Timer1Lock=0; //标记所有模块都关闭
goto StartChk; //等待下一个模块开启
}
else if(TMR3>=W aitTMR3)//若6500-2超时
{
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html, TB7=0;//关闭6500-2超声波换能器
Con6500=3;//下一次6500-3模块发送
Timer1Lock=0; //标记所有模块都关闭
goto StartChk; //等待下一个模块开启
}
}
}
//……其它模块
}
}
}
/*定时器1中断服务程序*/
void __attribute__((__interrupt__)) _T1Interrupt(void)
{
IFS0bits.T1IF=0; //清除T1中断标志
if(Con6500==1)
{
TMR2=0;//超声波收发时间计时开始
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html,TB8=1;//开启6500-1超声波换能器
Timer1Lock=1;//标记有模块开启
}
if(Con6500==2)//判断SonarLock=1是为了防止6500-1不工作
{
TMR2=0; //超声波收发时间计时开始
https://www.doczj.com/doc/4816541779.html,TB7=1;//开启6500-2超声波换能器
Timer1Lock=1; //标记有模块开启
}
//……
}
六、关于噪声干扰
噪声问题是必须要注意和解决的问题，否则它将影响测距模块的可靠性和准确性，有时甚至会直接导致其无法正常工作。对超声波测距模块产生的干扰主要包括内部干扰和外部干扰。
1、内部干扰
内部干扰主要来自超声波发送时产生的发送脉冲， 6500模块的内部电路见图6。
图6
其中TL851是一个数字12步测距控制集成电路。内部有一个420khz的陶瓷晶振，6500系列超声波距离模块开始工作时，在发送的前16个周期，陶瓷晶振被8.5分频，形成49.4khz的超声波信号，然后通过三极管Q1和变压器T1输送至超声波传感器。发送之后陶瓷晶振被4.5分频，以供单片机定时用。在发生脉冲的过
程中，通过示波器观察，会发现在GND和BINH上会有多个尖峰脉冲，其峰峰值有时甚至达到4V，这将导致在发送超声波时，ECHO引脚被突然拉高，从而导致根本无法探测障碍物。其原因为BINH引脚对噪音过于敏感，官方提供的解决办法为将BINH直接连接到地，同时在Vcc与GND之间加1uF的旁路电容。但在实际应用过程中我们发现，即便单个模块调试成功，当将多个6500模块集成在一个板子上同时工作时，仍会有干扰发生从而影响某一个或几个模块的正常工作。经过反复调试，我们发现有必要在6500模块排线的末端加一大容量的铝电解电容来稳定供电电压滤除噪音。
TL852是专门为接收超声波而设计的芯片。因为返回的超声波信号比较微弱，需要进行放大才能被单片机接收，TL852主要提供了放大电路，当TL852接收到4个脉冲信号时，就通过REC给TL851发送高电平表明超声波已经接收。由此可见，当返回超声波信号太弱或者达不到4个返回脉冲时，将不能实现准确测距。
2、外部干扰
外部比较复杂，包括外部事物产生与该超声波类似的噪音；不理想的障碍物对测距的干扰；以及个测距模块之间的相互干扰。
虽然多数超声波传感器的工作频率为50Khz左右，远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如，电机在转动过程会产生一定的高频，轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音，机器人本身的抖动。这些都将对换能器接收信号造成影响。但这一类噪音出现的几率比较低，有时可以忽略不计。
由于换能器发送的超声波并不是理想的圆柱型，而是开口呈30度的圆锥形。这将导致测距模块对障碍物的方位判断产生误差。即超声波可能会先碰到周围的物体产生返回信号，从而无法准确探测换能器与目标物体之间的距离。这个问题也是在后期实验过程中验证了的。在这种情况下，可采用复合返回模式，但这样又极易造成内部干扰。因此在对测距精度要求不高的情况下，我们还是采用单返回模式。
最后一个要注意的是多模块之间的交叉问题，由于我们所采用的超声波测距模块发射的超声波几乎完全相同，这就导致相互间产生干扰的几率增大，其解决方案为增大模块之间的朝向角，也可以在换能器前加一遮挡物，前提是不影响超声波的发送。
七、实验过程及测试结果分析
实验过程完全没有预想中的那么顺利，看似操作简单的测距模块，至今为止已经耗费了一个多月的时间。总结起来，大部分时间都耗费在了消除噪音上。
第一阶段主要是对第一套测距模块的测试和相关电路的设计修改。但在一开始就遇到了麻烦，主要原因归结于自己的粗心大意和不重视官方材料。以至于在电路设计时忽略了ECHO引脚的上拉电阻，导致无法测得返回信号。由于英语水平并不很高和当时的习惯问题，并未意识到从官方网站上查找相关资料，而是仅仅局限于对电路电气规则的检查。
第二阶段主要集中于对噪声的发现与处理。在相关电路及元件问题解决后，模块仍无法正常工作，具体表现就是ECHO引脚的突然拉高从而导致无法进行正常测量，这也是该超声波测距模块最常见的问题。其原因是BINH引脚对噪声过于敏感，而噪声有来源于模块内部，即在每次发送超声波时产生的脉冲会对供电电压造成影响。经过示波器观察会发现在BINH引脚和GND引脚上有峰峰值（大约为3.6V）较大脉冲信号。我们采取的主要解决办法是将BINH和BLNK引脚在排线末端直接
连接到地，并在Vcc与GND之间加一个1uF的滤波电容。后期实验我们发现，即使这样也会存在问题。
第三阶段主要是对多个6500模块控制程序的编写。由于PIC30F4011控制芯片只有两个外部中断引脚，于是我们选择用查询的方式监测返回信号。经过多次尝试，最终放弃了在操作系统上进行编程。新方案的详细介绍见第五部分：程序控制模块。
第四阶段为对4个模块的组装与调试。由于有先前积累的经验与教训，这一阶段耗时相对较少，主要问题仍然是噪音处理，将个别模块1uF的滤波电容换成了330uF，主要用来稳定改模块的供电电压。实验时，我们将四个6500模块和单片机控制电路安装在小车上，其中两侧各一个，前方两个。为了减震，将4个模块和控制电路固定在了一块泡沫砖上。实验场地前期选在一楼东门口的丁字路口上，后期沿路行进至环校公路。各个6500模块的探测周期设定为1次/秒。
静态测量时，地点选在东门口，测试数据稳定，效果较好。后来选取一10米左右障碍物（楼梯），该障碍物形状很不规范。对4个6500模块进行分别测量测试数据基本稳定，但偶尔会无返回信号，测试数据见附件。在移动测量时，发现有时测得的数据并不反映真实情况，特别是在周围环境比较复杂的情况下，会无法探测到与前方障碍物之间的真正距离。但总体来讲，效果还可以。另外还有一点需要注意，那就是车子不能移动太快，否则将会影响超声波返回信号的接收。
实验至此还存在的不足是，其中的一个模块仍不很稳定，其内部干扰有时会影响正常。一般断电重启就能解决。
八、心得体会
经过这么长时间的锻炼，得到的最重要的一点体会是：不能急功近利，遇事不能浮躁，要想解决问题最终还是要靠静下心来仔细分析。遇到困难不能退缩更不能半途而废，不懂的可以上网查，这也是一个不断学习和不断积累经验的过程。另外实验室的设备齐全，要学会充分利用。
对于烧毁的那个三极管Q1，其原因最终还要归结于TL851芯片的XMIT引脚脉冲持续时间过长，导致Q1长时间导通，而三极管的集电极与发射极又直接与Vcc 和GND相连，从而致使短路电流持续时间过长，超过三极管允许极限，进而将其烧毁。
九、附件说明
附件1为东门口静态测试，单位为米。为了便于观察，对串口输出做了规范，1
至4列分别对应1至4个模块测得的数据，空白单元代表无返回数据。
附件2为静态远距（9m-10m）测试结果。
附件3为由东门口行至南楼西侧以及返回所得数据。
附件4为该测距系统的相关电路与PCB板图。里面电感用相同引脚电容做了代替。
附件5为PIC30F4011芯片的4模块控制程序。
十、补充
ECHO引脚会出现一个尖峰脉冲影响对返回时间的判断，需要接一104电容加以滤除。
Harbin University Of Science And Technology 认识实习报告 学院：自动化学院 专业：电子信息科学与技术 班级：电技12-3 姓名：蔡成灼 学号：1212020301 日期：2015.1.9
任务书 实习项目名称：超声波测距仪的研制 实习时间：2014.12.29 —2015.1.9 一、实习的目的和意义 认识实习是一个重要的基础实习环节，通过认识实习，学生可以了解电子产品的制作工艺和基本原理，掌握电子产品制作的基本操作技能和调试技能，培养学生用所学知识分析实际问题、解决实际问题的能力，为以后的实践性教学环节打下基础。 二、实习内容 本实习以《超声波测距仪的研制》项目为目标，培养学生对电子产品的制作工艺的认识和操作技能，以及电子产品的原理分析。 1、超声波测距原理学习； 2、电路原理图及PCB绘制； 3、电子元器件识别与焊接； 4、超声波测距仪软件设计； 5、超声波测距仪调试。 三、报告内容和格式 内容： 1、超声波测距的意义和应用； 2、超声波测距的原理（原理说明、原理图）； 3、超声波测距仪的制作与调试； 4、实习体会 格式： 报告包括封面、任务书、目录、正文等部分，一级标题（章标题）：黑体小二；二级标题（节标题）：黑体小三；正文：宋体小四；目录：二级目录，宋体小四。行间距： 1.25倍。报告A4纸打印，左侧装订。
目录 1、实习目的 (2) 2、实习内容 2.1方案选择 (2) 2.2 整理思路 (2) 3、超声波测距原理 3.1超声波探头 (2) 3.2超声波测距原理 (3) 3.3 基于单片机超声波测距仪系统构成 (4) 4、超声波测距原理图分析 4.1 发射电路 (4) 4.2 接收电路 (5) 5、超声波测距的意义和应用 5.1超声波测距的意义 (6) 5.2 超声波测距的应用 (7) 6、元件装配及硬件调试 6.1元件装配 (7) 6.2 编程及调试 (8) 6.3 PCB板及成果展示 (12) 7、实习总结 7.1实习总结 (13) 7.2实习体会 (14)
第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 1.1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.1.2设计的意义 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路 1.2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。
目录 一、超声波测距原理 二、超声波测距模块介绍 1.主控模块 2.电源模块 3.显示模块 4.超声波模块 5.扬声器模块 三、超声波测距功能介绍 四、超声波测距前景展望 五、心得 附：程序
超声波测距(可报警) 一、超声波测距原理 超声波发射器定期发送超声波，遇到被测物体时发生反射，反射波经超声波接收器接收并转化为电信号，只要测出发送和接收的时间差t，即可测出超声测距装置到被测物体之间的距离S: S=c*t/2 (式中c为超声波在空气中的传播速度，c=331.45*√（1+T/273.16)) 由此可见声速与温度的密切的关系。在应用中，如果温度变化不大或者对测量要求不太高(例如汽车泊车定位系统)，则可认为声速是不变的，否则，必须进行温度补偿。 超声波传感器是超声测距核心部件，传感器按其工作介质可分气相、液相和固相传感器;按其发射波束宽度可分为宽波束和窄波束传感器;按其工作频率又可分为40kHz, 5OkHz等不同等级。超声波在空气传播过程中，由于空气吸收衰减和扩散损失，声强随着传播距离的增大而衰减，而超声波的衰减随频率增大而成指数增加。本设计选用气相、窄波束、40kHz的超声波传感器。 二、超声波测距模块介绍 该产品共有五个模块，其中主控模块、电源模块、显示模块、扬声器模块集成在开发板上，超声波模块是外接的。 1.主控模块 主要部分是51单片机。 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATLEM公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。 主要功能： ·8位CPU·4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K)
电子技术实验课程设计超声波测距系统 总结报告 自03 胡效赫 2010012351
一、课题内容及分析 首先根据课程所给的几个题目进行选择，由于自己最近在做电子设计大赛的平台设计，希望对超声波测距在定位方面应用有更详尽的了解，所以选择课题三——超声波测距作为课程设计，内容如下： 对课题进行分析：实验提供超声波传感器T40-16和R40-16，利用面包板和小规模芯片搭接电路，实现距离的测量及显示。大致思路即驱动发射端发出超声波，接收端收到返回的脉冲进行处理与计算得到测量距离并通过数码管和蜂鸣器显示。 二、方案比较与选择 由于超声波测距方案原理基本相同，只要能够检测出发射到接收的时间，并通过相应计算就可以得到所测距离。所以问题大致分为驱
动发射端、接收端检测、间隔时间计算与计算结果显示四部分。 具体的方案设计如下： 闸门脉冲源产生基准宽度为T 的闸门脉冲，该脉冲一方面控制计数电路的计数启动和并产生计数器清零脉冲，使计数器从零开始对标准脉冲源输出的时钟脉冲（频率为17KHz）计数。同时开启控制门，超声波振荡器输出的40kHz脉冲信号通过控制门，放大后送至超声波换能器，由发射探头转换成声波发射出去。该超声波经过一定的传播时间，达到目标并反射回来，被超声波换能器的接收探头接收变成电信号，经放大、滤波、电压比较和电平转换后，还原成方波。图中的脉冲前沿检测电路检测出第一个脉冲的前沿，输出控制信号关闭计数器，使计数器停止计数。则计数器的计数值反映了超声波从发射到接收所经历的时间（或距离）。
三、模块化设计及参数估算 1、闸门控制模块 ●设计思路 555振荡电路产生频率为2Hz的脉冲，作为闸门脉冲源。 RC微分电路将输出的2Hz脉冲进行微分运算产生脉冲信号，作为计数启动和计数清零的信号，分别控制D触发器的置高端和74LS90的清零端。 ●参数设计： 555振荡电路T = (R1+2*R2)*C*ln2。其中R1取4.7kΩ，R2接入10kΩ滑动变阻器，最后实测7.51kΩ，C取47uF。 RC微分电路R为1kΩ，C为4.7nF 2、超声波发生模块 ●设计思路 555振荡电路产生频率为40kHz的脉冲，作为驱动超声波发射端
基于单片机的超声波测距系统实验报告
一、实验目的 1.了解超声波测距原理； 2.根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路； 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离； 4.以数字的形式显示所测量的距离； 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系 统框图； 2.决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证； 4.对单元模块进行整合，整体调试； 5.完成原理图设计和硬件制作； 6.编写程序和整体调试电路； 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速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。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。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理，单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 （一）超声波模块原理： 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
一款串口输出超声波测距模块使用范例 一、模块简介： 该串口输出超声波测距模块采用STC11F04E单片机作处理器,工作电源：DC5V，工作电流10mA。测量数据输出方式为TTL串口输出，数据格式为标准的ASCII码，数据由：空格位(起始位)+百+十位+个位。工作方式有两种：一是连续测量方式；二是查询测量方式。
测量范围：方式一：5cm～200cm(盲区5cm)；方式二：25cm～350cm(盲区25cm)。 测量过程中，当接收不到障碍物反射的回波时，输出“C C C”，当测量低于下限值（在盲区内）时显示“- - -”。测量结果由模块上的输出端口输出，输出方式为串口（TTL电平）输出。测量结果可通过电脑进行显示。模块使用串口通讯可靠性更高，
同时可以通过电脑串口采集数据，编写通讯程序非常的 便捷。 波特率：1200 校验位：无 数据位：8 停止位：无 ASCII码数据格式：空格位(起始位)+百+十位+个位。 二、模块的使用设置 下图为模块的背面图片。图中标有A、B、C短接焊 盘是作为设置测量方式用；标有0-7的短路焊盘是设置 查询方式下的模块地址用。
方式1：设置为小盲区期测量。设置方法，标号为B 的焊盘即单片机的P3.5 脚与地断开,这时的测量范围为:5-200；这种方式下，测量盲区值小，适合长时间近距离测量用。 方式2: 设置为远距离测量，这种方式，盲区值相对较大，测量相对较远一些，设置方法：将标号为B的焊盘即单片机的P3.5 脚与地短接,这时的测量范围
为:25-350厘米。 方式3：连续方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地断开，这时模块测量方式是连续的进行 测量，测量间隔为1-2次/秒，每测量一次，就将测量结果通过串口送出。 方式4：查询方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地短接，这时的测量方式为查询方式测量，即通过控制设备向模块发出一个命令后，模块才测量一次。查询方式下，每向测距模块发送一次查询命令，模 块才进行测量一次，完成测量后即将测量结果通过串口 发送出来。设置成查询方式，模块可多块模块连接在一 起组网测量。 查询命令格式：AT+CL=1-255（1-255为模的的地址 编码，每个模块的地址编码由模块上单片机P1口与地短接的情况决定，各块模块的编码可独立，由使用者自己 设定，设定范围1-255，只在查询方式下有效），数据格式为16进制数据。 三、模块使用 为减小本超声波测距模块外形尺寸，该超声波测距 元件采用双面安装，全部元件安装在一块长6cm宽2.5cm 的PCB上。模块可用作应用系统的测距模块。因为它是 串口TTL电平输出的。可应用在倒车雷达、机器人避障、
项目：超声波测距仪的设计 时间：2011/7/09-2011/7/21 一、超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感
器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。 1.1 超声波发生器 为了利用超研究和利用声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。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。 1.2 压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 1.3 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 最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。 由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。如图1-1所示。 超声波发射障碍物
For personal use only in study and research; not for commercial use 第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 For personal use only in study and research; not for commercial use 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 For personal use only in study and research; not for commercial use 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路
文献综述 题目超声波测距技术综述学生姓名 专业班级 学号 院（系）电气信息工程学院指导教师 完成时间2014 年06月01日
超声波测距技术综述 摘要 我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。 关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量
1 引言 1.1 超声波简介 一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。 超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、
电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)
摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波
毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号： 所在学院： 专业：通信工程 设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪 指导教师： 2014年2月25日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、课题研究背景、目的和意义 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。 超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。它是一种指向性强，能量消耗慢的波。它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，可解决超长度的测量。二、超声波测距仪的整体设计思路 超声波测距一般采用渡越时间法。超声波测距的实质是时间的测量，即：用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即 S=12ct 其中，c 为空气介质中声波的传播速度。在常温下，超声波的传播速度为340 m/s，
最近做超声波测距，就是简单的测量引脚高电平的时间。 思路是这样的 1.使用8MHZ时钟，不分频 初始化Timerx_Init(235,1);//8Mhz的计数频率，计数到235为1cm距离 2. PA0高电平时，打开定时器，测量时间 while(PAin(0)) { TIM3->CR1|=0x01; //使能定时器3 } TIM3->CR1|=0x00; //关闭定时器3 S=temp/2 //测量距离为总路程一半 temp=0；//计数值清零 3.计数到235时，产生中断，进入中断函数。执行temp++操作 void TIM3_IRQHandler(void) { if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中断 { temp++; } TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位 } 4.得出距离值S 初学定时器，这样测距思路对吗 实际测试后，S值一直为0，为什么
超声波测距模块说明 1．模块引脚 从左到右（见图）模块引脚分别为：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND 2．主要技术参数： 1：使用电压：DC5V 2：静态电流：小于2mA 3：电平输出：高电平VCC-0.2V 低<0.2V 4：感应角度：不大于15 度 5：探测距离：0.02m-5m 6：探测精度：3mm(既然探测精度精确到毫米，就是说数据可以显示到毫米级，也就是四位数了！) 板上接线方式：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND。OUT 脚为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！ 3．使用方法： （1）采用IO 触发测距，给TRIG 至少10us 的高电平信号（实际上25us 最佳);此处通过IO口给一个高电平就行了。（2）模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； （3）有信号通过ECHO 返回，ECHO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．此处用定时
目录 1、课题设计的目的和意义 (3) 2、课题要求 (3) 2.1、基本功能要求 (3) 2.2、提高要求 (4) 3、重要器件功能介绍 (4) 3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4) 3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5) 3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6) 4、超声波测距原理 (8) 4．1、超声波测距原理图 (8) 4.2、超声波测距的基本原理 (9) 5、硬件系统设计 (10) 5.1、超声波发射单元 (10) 5.2、超声波接收单元 (11)
5.3、显示单元 (11) 5.4、语音单元 (12) 5.5、硬件设计中遇到的难题： (12) 6、系统软件设计 (14) 7、调试与分析 (15) 7.1调试 (15) 7.2误差分析 (15) 8、总结 (16) 9、附件 (17) 9.1、总电路 (17) 9.2、主要程序 (18) 10、参考文献 (22)
1课题设计的目的及意义 随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广，但就目前技术水平而言，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。如声纳的发展趋势：研究具体的高定位精度的被动测距声纳，以满足军事和渔业等的发展需求，实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。 超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量，所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。 随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最注重发展到具有创造力。在新的时代，测距仪将发挥更大的作用。 2课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。
超声波测距在机器人避障中的应用毕业论文 目录 绪论 (1) 1课题设计目的及意义 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计的意义 (1) 2超声波测距仪的设计思路 (1) 2.1超声波测距原理 (1) 3课题设计的任务和要求 (2) 第一章超声波测距系统硬件设计 (2) 1 系统设计 (2) 2 51系列单片机的功能特点 (3) 3系统硬件结构的设计 (3) 3.1 单片机显示电路原理 (4) 3.2 超声波发射电路 (4) 3.3 超声波检测接收电路 (4) 3.4超声波测距系统的总电路 (5) 第二章超声波测距系统的软件设计 (5) 1 超声波测距仪的算法设计 (5) 2主程序流程图 (6) 3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (7) 4 系统的软硬件的调试 (7) 第三章超声波测距系统在智能机器人中的应用 (7) 1 避障系统设计思想 (8) 2 硬件设计 (8) 3 软件设计 (9) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
绪论 1课题设计目的及意义 1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.2设计的意义 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 2超声波测距仪的设计思路 2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。 表1-1 超声波波速与温度的关系表
超声波测距试验心得 /* ............................ IO口可以由高电平接地拉成低电平， 但是不能由低电平接Vcc拉成高电平.............................*/ #include
} while (--t); } void main() { EA=1;//开总中断 EX0=1;//开外部中断0 TMOD=0xf1;//采用定时器0的定时模式的工作方式1 /*.............................................. 这里有一个疑问就是，必须采用定时器的定时模式才能 将TH0和TL0里的数值读出来，而采用计数模式（将0xf1改成0xf5） 就不行 ...............................................*/ IT0=1;//外部中断为负跳变触发方式 TH0=0;//定时器高8位和低8位都赋值为0 TL0=0; while(1) { trig=1;//单片机给trig引脚一个20微秒的触发信号 delay10us(2); trig=0; if(distance<0.1)//如果障碍物距离小于10cm，则亮第一位LED led=0; else led=1; delay10us(6);//延时60微秒 } } /* ..................................................... 中断服务程序，外部中断的中断服务程序的执行时间可以很长， 没有时间的限制，不像定时器中断，中断服务程序执行时间有 一定要求，即在下一次中断请求到来之前本次中断必须执行完毕。.......................................................*/ void wb0() interrupt 0 { TR0=1;//启动定时器，TH0和TL0开始计数 while(echo);//当返回脉冲信号（echo上的高电平脉冲）结束时关闭定时器TR0=0; distance=(TH0*256+TL0)*1.08507/1000000*340/2;//计算障碍物距离 //distance=（定时器高8位*256+低8位）*一个机器周期*声速/2 TH0=TL0=0;//清零TH0和TL0，准备下一次测距 }
1 绪论 1.1 超声波技术的广泛应用 超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。 材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。 超声波方法在某些方面具有突出的优点： （1）超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)； （2）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；
毕业设计（论文） 设计（论文）题目：基于单片机的超声波测距 仪的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
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1．概述 US-100超声波测距模块可实现 2cm~4.5m的非接触测距功能，拥有 2.4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗 低于2mA，自带温度传感器对测距结果 进行校正，同时具有GPIO（通用接口总线），串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。 2．主要技术参数
3．本模块实物图及尺寸 本模块如图3.1和图3.2所示： 图3.1：US-100正面图 本模块的尺寸：45mm*20mm*1.6mm。板上有两个半径为1mm的机械孔，如图3.3 所示：
图3.3：US-100尺寸图 4．接口说明 本模块共有两个接口，即模式选择跳 线和5 Pin接口。 模式选择跳线接口如图4.1所示。模式选择跳线的间距为2.54mm，当插上跳线帽时为UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。
图4.1：模式选择跳线接口 5 Pin接口为2.54mm间距的弯排针，如图4.2所示：
图4.2：5 Pin接口 从左到右依次编号1,2,3,4,5。它们的定义如下： 1号Pin：接VCC电源（供电范围 2.4V~5.5V）。 2号Pin：当为UART模式时，接 外部电路UART的TX端；当为电平
触发模式时，接外部电路的Trig 端。 3号Pin：当为UART模式时，接 外部电路UART的RX端；当为电平 触发模式时，接外部电路的Echo 端。 4号Pin：接外部电路的地。 5号Pin：接外部电路的地。5．电平触发测距工作原理 在模块上电前，首先去掉模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于电平触发模 式。 电平触发测距的时序如图5.1所示：
《单片机原理及应用》 单片机课程设计报告超声波测距报告
目录 第1 章课程设计概述 (2) 1.1 课程设计选题及原理 (2) 1.2课程设计选题调研 (2) 1.2.1 选题目的与意义 (2) 1.2.2 国内外研究综述 (3) 第2 章方案设计 (4) 2.1 主要任务 (4) 2.2 设计框图 (4) 2.3 设计所需元器件及简介 (4) 2.4 设计程序流程简图 (5) 2.5 编程语言的选择 第3 章电路及部分代码设计 (6) 3.1 Stc12c5a60s2最小系统 (6) 3.2 超声波测距模块 (7) 3.3 数码管显示模块 (8) 3.4 蜂鸣器报警模块 (9) 3.5 总仿真结果及实物测量结果 (10) 第4 章课程设计心得体会和总结 (11) 4.1 心得体会 (11) 4.2 总结 (11) 附1 课程设计仿真图………………………………………………………… 附2 课程设计实物图………………………………………………………… 附3 课程设计程序设计代码……………………………………………………………
第1 章课程设计概述 1.1 课程设计选题及原理 课程设计题目 超声波测距仪 设计原理 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。 最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。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面的距离s，即：s=340t/2。 由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后， 只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。 1.2课程设计选题调研 1.2.1 选题目的与意义 超声波是指频率在20KHz以上的声波，它属于机械波的范畴，可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，利用计算超声波在发送端和接收端之间的传输时间和声速来测量距离，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在很大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。 目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，比如油库和水箱液面的精确测量和控制，汽车辅助泊位系统的应用，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。