超声波测距报告含程序

《单片机原理及应用》 单片机课程设计报告 超声波测距报告 目目录录 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 3.1Stc12c5a60s2 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…………………………………………………………… 1 第第 1 1 章章课程设计概述课程设计概述 1.11.1课程设计选题及原理课程设计选题及原理 课程设计题目课程设计题目 超声波测距仪 设计原理设计原理 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。 1.21.2课程设计选题调研课程设计选题调研 1.2.11.2.1 选题目的与意义选题目的与意义 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。 2 1.2.21.2.2 国内外研究综述国内外研究综述 历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发 展开始。 声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。经过几个 世纪，科学家们对此反复研究，最终发现了超声波的原理。超声波测距应用于各 种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。 超声波作为一种检测技术， 采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因 素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单，测量精度高等优点而被广泛应 用。 这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在 的问题，比如，在粉尘多的情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物 对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损， 使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量损耗，节省人力和劳动 的强度。因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在 测量精度方面能达到工业实用的要求。 然而超声波测距在实际应用中也有很多局限性。由于超声波在传播过程中， 声压会随距离的增大而呈指数规律衰减，远目标的回波信号幅度小，信噪比低， 用固定阈值的比较器检测回波，可能导致越过门槛的时间前后移动，从而影响计 时的准确性，这必然会影响到测距的准确度。此外，构成超声波传感器的压电陶 瓷片在压电的双向转换过程中，存在惯性，滞后等现象，以及超声波脉冲在空气 中传播本身及多重的反射路径，均导致回波信号被展宽，也会使测量产生较大的 误差，影响了测距的分辨率。其它如温度，风速等也会对测量造成一定的影响。 工程师针对这些误差提出的可变阈值的超声波测距方法， 从回波信号处理的角度 出发， 分析了超声波回波曲线的特性， 利用回波包络的峰值检测技术以确定回波 到达的时刻，另外，利用温度补偿电路可以降低温度对声速的影响，这些改进都 大大的提高了超声波测距的准确性。 计量学在制造业中越来越重要。直接在机器上测量尤其能推动制造业的发 展。 目前为止大部分还是采用视觉的或触觉的测量方法。但是墙的厚度就不能用 这些来测量， 因此德国人把超声系统结合到机器设计出了测距方法。随着超声波 的发展，早在 2000 年时英国人就设计出了可观察，识别并测距的超声波集成系 统。 第第 2 2 章章方案设计方案设计 2.12.1主要任务主要任务 设计制作一个超声波测距仪，通过单片机控制超声波测距模块，计算并显 示所测距离以及实现报警功能。 整体电路的控制核心为单片机 STC12C5A60S2。超声波发射和接收电路中都 对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT 口实现超声波的发射和接收。 另外超声波发射和接受模块 hc-sr04 还有具有温度 补偿的作用，使测量精度能够达到要求。整体结构图包括超声波发射接收电路, 3 单片机电路,显示电路与蜂鸣器报警电路等几部分模块组成。 2.22.2设计框图设计框图 本设计主要的四个模块：超声波发射和接收模块，蜂鸣器报警模块，单片机 STC12C5A60S2，四位数码管显示