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超声波测距装置设计文献综述03--蒋鑫

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附1 成绩： 西安建筑科技大学华清学院 毕业设计 (论文)文献综述

院 （系）： 机械电子工程系 专业班级： 自动化0802 毕 业 设 计论 文 方 向 ：单片机实际工程应用

综述题目： 超声波测距装置设计概述

学生姓名： 蒋 鑫 学 号： 0806010228 指导教师： 孟 月 波

2012年 3 月 17 日毕业设计（论文）文献综述

1 超声波测距装置设计 摘要：为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息 分析了汽车倒车防撞系统的基本设计原理以及目前国内外此类防撞系统存在的问题，较详细的介绍超声波测距系统以及根据该系统设计原理、方法和步骤，研制的汽车倒车防撞报警器。这种报警器在汽车倒车过程中达到极限位置的时候，能自动检测车尾障碍物的距离并发出声光警报，提醒司机刹车。本设计利用超声波传感器进行信号的发射和接收，包括发射、接受以及报警电路三个部分。超声传感器的主要元件是采用压电元件锆钛化铅，具有很强的方向性，报警电路部分是利用声光报警器，将信号传递之后，可实现声音报警，本设计利用国内生产假的通用元件，成本低，性能可靠。有利于推广。 关键字：超声波，防撞，汽车倒车，报警器，传感器

1. 前言 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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。

2. 发展历史 毕业设计（论文）文献综述

2 随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展,它的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。如此广泛的应用使得提高人们对机器人的了解显得尤为重要。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉,测量精度较高,不受环境的限制,应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。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。本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。为了研究和利用超声波，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。

3.单片机AT89C51介绍 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 毕业设计（论文）文献综述 3 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其实物如图：3.1

图3.1 AT89C51单片机芯片 3．1 Proteus软件介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 毕业设计（论文）文献综述 4 3．2 Proteus功能特点 Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1．原理布图2．PCB自动或人工布线 3．SPICE电路仿真革命性的特点 1．互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

4. 超声波传感器的介绍 超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1压电传感器；2磁致伸缩传感器；3静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”。 压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。探头由压电晶片、楔块、接头等组成，是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分。压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。属于晶体的如石英，铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。其具有下列的特性：把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；相反，对这种材料施以外力，则由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。因此，用这种材料可以制成超声传感器。 传感器的主要组成部分是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变毕业设计（论文）文献综述 5 可转换成相应的电信号，是正压电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷上加有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为f0交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会发出超声波。如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波相同的电信号。

5．超声波测距原理简介 5.1 超声波发生器 为了研究和利用超声波，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。

5.2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。超声波发生器内部结构如图1所示，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。

5.3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

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超声波测距仪论文

超声波测距仪论文

第一章导言1.1项目设计的目的和意义设计的目的随着科学技术的飞速发展，超声波将广泛应用于测距仪中。

母丹在技术层面之前，人们可以利用的测距技术还是很有限的。

所以这是一个正在蓬勃发展，前景无限的技术和产业领域。

展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要和有用的工具，在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着定位和精度更高的方向发展，以满足日益增长的社会需求。

比如声纳的发展趋势基本是:发展定位精度更高的被动测距声纳，以满足水下武器全隐蔽攻击的需要；继续发展低频线谱探测的潜艇拖曳线列阵声呐，实现超远程被动探测识别；发展更适合浅水的潜艇声纳，特别是解决浅水中的目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳工作环境。

毫无疑问，未来的超声波测距仪将与自动化和智能化融为一体，并与其他测距仪集成在一起，形成多测距仪。

随着测距仪的技术进步，测距仪会从简单的判断功能发展到学习功能，最后发展到创造力。

在新世纪，新型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倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑工地以及一些工业现场如液位、井深、管道长度等。

因此，研究超声波测距系统的原理具有重要的现实意义。

本课题的研究和设计可以进一步提高电路设计水平，加深对单片机的理解和应用。

1.2超声波测距仪的设计思路超声波测距的原理发射器发射的超声波以速度υ在空气中传播，到达被测物体时被反射并返回，被接收器接收。

它的往返时间为t，被测物体的距离可由s=vt/2算出。

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。

使用时，如果温度变化不大，可以认为声速基本不变。

如果测距精度很高，就要进行温度补偿修正。

表1-1超声波速度与温度的关系 温度(℃) -30 -20 -10 0 10 20 30 100声速(米/秒) 313 319 325 323 338 344 349 3861.2.2超声波测距仪的原理框图如下单片机发出40kHZ 的信号，经超声波发射器放大后输出。

毕业设计(论文)-基于单片机超声波测距仪[管理资料]

毕业设计(论文)-基于单片机超声波测距仪[管理资料]

摘要随着社会经济的发展和交通运输业的不断兴旺，汽车的数量在不断的增加。

交通拥挤状况也日益严重，撞车事件也经常发生，造成了很多不可避免的人声伤亡和经济损失，面对这种情况，设计一种响应快、可靠性高并且比较经济的汽车防撞预警系统显得非常的重要。

超声波测距法是一种最常见的距离测量方法。

本文介绍的就是利用超声波测距法设计一种倒车防撞报警系统。

首先，论文在分析超声波的物理特性、超声波传感器的特性、超声波测距原理等基础上，结合本课题，给出了几种测量方案的比较，对影响本系统测量精度的因素和干扰进行了详尽的分析，制定了相应的解决措施;其次，在硬件选择方面，选择性价比高的AT89C52单片机、LM324放大器、采用低压差线性电压稳压器、较高内阻的压力传感器;在软件方面，采用了功能模块化，为以后的升级或者扩展做准备。

同时采用间歇式的工作模式，非采样期间只有显示器、稳压器等处于活动状态;在保证性能要求的情况下有效的提高了器件寿命。

为了降低整个系统的成本，在满足性能要求的前提下，选择低成本元器件，简化系统设计;采用多点校准技术和线性插值方法，降低了对传感器的线性的要求，扩大了可选传感器的范围，提高了产品的通用性和可扩展性，提高了产品的竞争力，从发射探头到接收探头的那一段“敏感时间”，采用了“延时接收”的方法,进行了测试试验。

研究表明，系统运行稳定，，实现了预期要求。

关键词：倒车防撞；超声波测距；超声波；AT89C52ABSTRACTWith the social and economic development and transportation continues to boom, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serous, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collision avoidance system.First,a particular introduction of the physical characteristic of the ultrasonic and characteristics of ultrasonic sensors in this paper. Combining with the characteristics of the subject, several schemes of measurement are put forward and fully analyzed in term of error, advantage and disadvantage .The factors and interferences which will make an effect in measurement accuracy are analyzed at large and the solution is put forward. Second, In the hardware aspect, the AT89C52 MCU with low capability/price ratio, LM324 amplifier, LED monitor, and pressure sensor with higher resistance are used to build the system, and a low linear voltage regulator is chosen to lower the voltage supply of the whole system. As for the software design, preparing for update or the expansion later, the design has used the sub-sequencing functions, according to the module's realization request. Enhancing the To avoid the sensitive time in which ultrasonic transmit from transmitter to receiver directly, the method of receiving lapsed is adopted. Experimental results show that the operation of the system is stable. From cm to , the system measurement error is less then l cm, the results agree well with our demands.Key words:reversing collision avoidance; Ultrasonic Distance Measure; ultrasonic wave; AT89C52目录1 绪论 (3)论文研究的背景和意义 (4)超声波测距领域的历史和国内外发展现状 (4)本课题的研究方法 (6)2超声波测距的基本理论及测量方案的选择 (6)超声波的定义 (6)超声波的波型 (7)超声波的传播速度 (7)超声波测距的原理 (8) (9)方案选择的论证和选择 (10)设计方案一 (10)方案设计二 (11)方案设计三 (11)方案设计四 (12)3超声波测距系统设计 (13) (13)AT89C52单片机的介绍 (13)单片机系统及显示电路 (15)超声波检测接收电路 (16)超声波发射电路 (17)PCB电路的抗干扰处理 (18) (18)超声波测距器的的算法设计 (18)系统的主程序 (19)超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (20)系统的软调试及性能分析 (21)4误差分析 (22)超声波回波声强的影响 (22)超声波波束入射角的影响 (22)超声波传播速度的影响 (23)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录一原理图 (27)附录二源程序 (28)1 绪论论文研究的背景和意义测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法。

基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业论文

基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业论文

基于单片机的超声波测距仪的设计与实现中文摘要本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。

我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。

单片机控制超声波的发射。

然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。

在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。

超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。

关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警Design and Realization of ultrasonic range finder basedABSTRACTThe design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refreshAT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm.Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm目录第一章前言 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.1.1超声波特性 (1)1.1.2超声波测距 (2)1.2 超声波模块基本介绍 (3)1.2.1 超声波的电器特性 (3)1.2.2 超声波的工作原理 (5)1．3主要研究内容和关键问题 (6)第二章方案总体设计 (7)2.1 超声波测距仪功能 (7)2.2设计要求 (8)2.3系统基本方案 (9)2.3.1方案比较 (9)2.3.2方案汇总 (11)第三章系统硬件设计 (13)3.1 单片机最小系统 (13)3.2 超声波测距模块 (13)3.3 显示模块 (15)3.4温度补偿电路 (15)3.5 蜂鸣报警电路 (16)第四章系统软件设计 (17)4.1 A T89C52程序流程图 (17)4.2 计算距离程序流程图 (19)4.3 报警电路程序流程图 (19)4.4 超声波回波接收程序流程图 (20)第五章系统的调试与测试 (21)5.1 安装 (21)5.2 系统的调试 (21)第六章总结 (23)参考文献 (24)致谢.............................................................................................................................. 错误!未定义书签。

超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全

超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全

目录摘要 (2)第一章系统总体设计方案 (4)1.1 超声波测距原理 (4)1.2 超声波测距系统 (4)第二章系统的硬件设计 (5)2.1 超声波发生电路 (5)2.2 超声波接收电路 (6)2.3 温度的补偿 (8)2.4 LED动态显示电路 (8)第三章系统软件设计 (9)3.1 主程序结构 (10)3.2 中断程序结构 (11)3.3回波接收程序 (11)第四章误差分析 (12)4.1.时间误差 (12)4.2.超声波传播速度误差 (12)第五章调试 (12)第六章整机原件清单 (13)第七章总结 (13)7.1设计任务完成情况 (13)7.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (17)附录三 (18)摘要高度定位控制和测量系统也就是我们常说的超声波测距。

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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

而电子技术及压电陶瓷材料的发展，使高度定位控制和测量系统得到了迅速的发展。

超声测距是一种非接触式的检测技术。

与其它方法相比，它不受光线、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。

因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。

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，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。

关键字：传感器、测距、测量系统、设计、高度定位PICKHighly positioning control and measurement system is also we often say the ultrasonic ranging. Due to the strong, the energy consumption of ultrasonic directivity slowly in the medium of communication, distance, and is often used to measure the distance of ultrasonic, such as rangefinder and material level measurement instrument etc can all through the ultrasonic. And electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, high positioning control and measuring systems have been developed rapidly.Ultrasonic ranging is a non-contact detection technologies. Compared with other methods, it is light and darkness, the analyte in dust, smoke, electromagnetic interference, toxic etc harsh environments have certain ability to adapt. Therefore, in robot control level measurement, vehicle navigation, automatic object recognition is widely used. Especially the application in the air, the air velocity range due to low, the echo signal along the direction of propagation of contains information on the structure, very easily with high resolution, and its accuracy is higher than other methods for, And the ultrasonic sensor has simple structure, small volume, the characteristic such as being reliable signal processing.Key words: sensor, and measurement system, the design, the high position第一章系统总体设计方案1.1 超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。