基于单片机的超声测距仪毕业设计方案开题报告.doc

中 北 大 学
毕业设计开题报告

学 生 姓 名：

学 号：

学 院、系：
信息与通信工程学院
专 业：
通信工程
设 计 题 目：
基于单片机超声测距仪设计

指引教师:
丁永红

3 月10日

毕 业 设 计 开 题 报 告
1．结合毕业设计状况，依照所查阅文献资料，撰写字左右文献综述：
文 献 综 述
1、 课题研究目意义
随着科学技术迅速发展，超声波将在传感器中应用越来越广。在人类文明历次产业革命中，传感技术始终扮演着先行官重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域核心技术，在人们可以想象所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快产业之一，在各国关于研究、生产、应用部门共同努力下，传感器技术得到了飞速发展和进步。但就当前技术水平来说，人们可以详细运用传感技术还十分有限，因而，这是一种正在蓬勃发展而又有无限前景技术及产业领域[1]。
超声波测距与其他非接触式检测方式办法相比，如电磁或光学办法它不受光线，被测对象颜色，电磁干扰等影响。超声波对于被测物体处在黑暗，有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣环境有一定适应能力[2]。因而在液位测量，机械手控制，车辆自动导航，物体辨认等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包括沿传播方向上构造信息很容易检测出来，具备很高分辩力，因而其精确度也较其他办法高，并且超声波传感器具备构造简朴，体积小，信号解决可靠等特点[3]。
超声波是一种指向性强，能量消耗慢波。它在介质中传播距离较远，因而超声波经惯用于距离测量，可解决超长度测量[4]。
超声波作为一种特殊声波，同样具备声波传播基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。并且更适合与高温、高粉尘、高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。
超声波可用于非接触测量，具备不受光、电磁波以及粉尘等外界因素干扰长处，是运用计算超声波在被测物体和超声波探头之间传播来测量距离，对被测目的无损害[5]。并且超声波传播速度在相称大范畴内与频率无关。超声波这些独特长处越来越受到人们注重。
2、 国内外发展状况
社会在进步，随着经济生活发展，随着人们生活水平提高，在当今社会，车辆已经逐渐成为了人们寻常生活中至关重要一某些，咱们懂得咱们越来越离不开汽车了，以车代步已经成为生活一某些。关于汽车各种新技术也层出不穷，但是放眼望去，绝大多数厂家和研究机构研究方向过多集中在了设备本来已经相称高档车上。而在平日生活当中我经常会遇到这样问题，如来到一种大型停车场，要来购物或者有非常着急事情，但是却往往找不到要停车位置[6]。然而当前普通在有有显示空车位停车场当中又不能智能引导汽车走到空着车位。在这种特殊状况下，有普通会发生各种各样棘手问题而束手无策，譬如：有诸多车会堵在停车场门口处，又譬如挥霍了很长时间找到车位又被其她车辆所占据，会导致打架事情，直接导致家用车货车搁浅，引起极大不便。再如长时间驾驶后在没有需要停车位置状况下停车休息，由于极度疲劳导致贵重钱物丢失现象以及大型长途货车在停车场门口马路很窄状况下由于诸多待于停车车辆堵车引起倒车不便等等。针对这些详细而实际问题提出解决方案，节约资源时间，因此咱们做一种智能车辆引导系统更具备现实意义。
随着计算机技术、自动化技术发展，测距与辨认问题在工业中变得十分重要。例如，老式如钢卷尺接触式测量仪器在测量一定距离时，这种仪器对高于3m顶板安设困难，且测量不精确；对于横向变形量测量，若安设于两侧之间，则妨碍人、车来往，如果不固定安设装，则测量精度很低，难以监测微小变形。在自动化装配、检测、分类、加工与运送等过程中，要对随意放置工件进行作业，这就必要对工件位置、形状、姿势、种类自动地进行鉴别，特别在在工件运送过程中进行辨认，则问题更为复杂与困难，因而人们急切需要各种非接触式测距仪[7]。
咱们当前非接触式测距仪常采用超声波、激光和雷达，红外线等。但激光和雷达测距仪造价偏高，红外线测量距离又太短，不利于广泛普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波办法具备明显突出长处：
1.对于设计停车场来说，超声波传播速度仅为光波百万分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢，因而可以直接测量较近目的距离，很适当；
2.针对停车场停车当中有车有天窗，是玻璃或其她透明物质制。超声波对色彩、光照度不敏感，可合用于辨认透明、半透明及漫反射差物体(如玻璃、抛光体)；
3.停车场应当是日夜工作，超声波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；
4.超声波传感器构造简朴、体积小、费用低、信息解决简朴可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制。
因而，超声波办法作为非接触检测和辨认手段，已越来越引起人们注重。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方面已有了广泛应用[8]。
智能车辆引导系统是近年来随着汽车在生活中普及而发展起来一种研究热点。有效车辆探测装置对智能车辆引导系统后续设计起着至关重要作用。超声传感器是一种将其她形式能转变为所需频率超声能或是把超声能转变同频率其她形式能器件[9]。
超声检测原理重要是运用超声波作为载体，即通过超声在媒质中传播、散射、吸取、波形转换等，提取反映媒质木身特性或内部构造信息，达到检测媒质性质、物体形状或几何尺寸、内部缺陷或构造目。国内无损检测技术是从无到有，从低档阶段逐渐发展到应用普及现阶段水平。超声波检测仪器研制生产，也大体按此规律发展变化[10]。
五十年代，国内开始从国外引进超声波仪器，多是笨重电子管式仪器。如英国UCT-2超声波检测仪，重达24Kg，各单位积极开展实验研究工作，在某些工程检测中获得了较好效果。
五十年代末六十年代初，国内科研单位进口了波兰产超声仪，并进行仿制生产。随后，上海同济大学研制出CTS一10型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪器重约20Kg，该仪器性能稳定，波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用，建工部门使用不多。直至七十年代中期，因无损检测技术仍处在实验阶段，未推广普及，因此仪器没有多大发展，仍使用电子管式UCT-2，CTS一10型仪器。
1976年，国家建委科技司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后，国家建委将混凝土无损检测技术列为重点攻关项目，组织全国6个单位协作攻关。从此，无损检测技术开始进入有筹划，有目研究阶段。随着电子工业飞速发展，半导体元件逐渐代替了电子管器件，更有助于无损检测技术推广普及。如罗马尼亚N2701型超声波测试仪，是由晶体管分立元件构成，具备波形和数码显示，仪器重量10Kg。七十年代，英国CN.S公司推出仅有 3.5Kg重PLJNDIT便携式超声仪[11]。
1978年10月，中华人民共和国建筑科学院研制出JC-2型便携式超声波检测仪。该仪器采用TTL线路，数码显示，仪器重量为5Kg。同期研制出超声检测仪器尚有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超声波检测仪。从此，国内有了自己生产超声波仪器，为推广一应用无损检测技术奠定了良好基本。随着检测技术研究不断进一步，对超声检测仪器功能规定越来越高，单数码显示超声检测仪测读会带来较大测试误差。进一步规定后来生产超声仪可以具备双显及内带有单板机微解决功能。随后具备检测、记录、存储、数据解决与分析等多项功能智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁华景象[12]。
其数字和波形都比较清晰稳定，操作简朴.，可靠性高，具备断电存储功能，其串口可以以便顾客对仪器测试数据进行后解决及关于程序开发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。
当前，计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用各种功能，事实上是最大节约。过去那种全功能仪器设立，还不如单独超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基木状况同样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际状况出发，才干满足顾客规定。[13]综上所述，国内超声波仪器研制与生产，有较大发展，有型号已超过国外同类仪器水平当前惯用超声传感器有两大类，即电声型与流体力型。电声型重要有：1压电传感器；2磁致伸缩传感器；3静电传感器。流体动型中涉及有气体与液体两种类型哨笛。由于工作频率与应用目不同，超声传感构造形式是各种各样，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都超声传感器称作探头，而工业中采用流体动力型传感器称为“哨”或“笛” [14]。电子测距仪规定测量范畴在0.10～5.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，可以清晰稳定地显示测量成果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远，公式L=(△t/2)*C简朴易算，因而超声波经惯用于距离测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及某些工业现场位置监控，也可用于液位、井深、管道长度测量等场合[15]。运用超声波检测往往比较迅速、以便、计算简朴、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用规定。因此就顺其自然选取用超声波探测仪来进行探测停车位与否有车了。
参照文献：
[1]陈莹．基于单片机超声测距系统[M]﹒研究生学位论文．武汉：华中科技大学，
[2]罗忠辉，黄世庆．提高超声测距精度办法[M]．北京：机械设计与制造，1月第1期：22-23
[3]史晓华,杜新培．超声波测距系统[M]．北京：科技广场，Science Mosaic，05期：18-19
[4]周应华，蔡雪梅，刘燕飞．超声测距系统设计[M]．北京：装备制造技术，Equipment Manufacturning Technology，11期：19-22
[5]童峰，许水源，许天增．一种高精度超声波测距解决办法[M]．厦门：厦门大学学报(自然科学版)，Journal of Xiamen University(Natural Science)，7月，第37卷，第4期：30-31
[6]张文祥．基于单片机超声测距系统[M]．研究生学位论文．安徽：安徽大学．
[7]张力．略论国内非金属超声波检测仪器发展状况[J]．北京：工程质量，1998年01期：8-10
[8]胡永峰，石景波．一种应用于超声波检测中自有关算法[J]．北京：当代电子技术，(2)：10-12
[9]潘仲明，简盈，王跃科．大作用距离超声波传感技术研究[M]．北京：传感技术学报，(19)：29-31
[10]李阳．数字电路设计实用手册[J]．北京：北京电子工业出版社，
[11]范立南，李雪飞，尹授远．单片微型计算机控制系统[J]．北京：人民邮电出版，
[12]李群芳．单片微型计算机与接口技术（第二版）[J]．北京：电子工业出版社，
[13]童诗白．模仿电子技术基本[J]．北京：高等教诲出版社，．21
[14]宋文绪，杨帆主编．传感器与检测技术[M]．北京：高等教诲出版社，．13
[15]何希才，薛永毅编著．传感器及其应用实例[J]．北京：机械工业出版社，

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２．本课题要研究或解决问题和拟采用研究手段（途径）：
1、 设计任务
本文在理论方面对超声测距实际方案做了进一步研究，在此基本上，以Atmel89C51单片机为核心，采用4OKHz压电超声传感器完毕超声测距仪设计。系统框图如图1所示。
显 示 电 路
单 片 机 处 理 部 分
发射电路
检测电路
接受电路
发射探头
接受探头
障 碍 物

图1 系统设计方案图

由单片机发出40KHz方波信号进入超声波发射电路，经功率放大器放大后进入超声波发射头。超声波发射头发射超声波在空气中传播一段时间后经前方被检测物体反射回来，由超声波接受头接受，超声波电路中接受芯片对信号放大整形，超声波接受电路接受回波后发出一种下拉电平使单片机进入中断程序，在中断程序中，单片机从检测电路读取数值并换算成当前声速，应用时差法计算所检测距离，最后所有数据都在LCD显示电路上显示。

2、 软件总体设计和原理
2.1软件总体设计
否
是
开始
初始化
设定测距值域程序
跳入测距程序
5秒后进行跳转继续测量
测量距离与保存值比较与否有车
显示并输出
数据，
5秒后跳转
图2 主程序流程图
2.2 软件设计原理
在系统硬件构架了超声测距基本功能之后，系统软件所实现功能重要是针对系统功能实现及数据解决和应用。
软件需要实现如下功能：
1. 信号发射控制
在系统硬件中，已经完毕了发射电路、接受放大电路、滤波及门限检测设计。在系统软件中，要完毕脉冲串输出。
2.数据存储解决
为了得到发射信号与接受回波间时间差，要读出此时计数器计数值，但不能作为距离值直接显示输出，由于计数值与实际距离值之间转换公式为:
S=0.5*V*T=0.5*344*T=172*T (1)
其中，T为发射信号到接受之间经历时间。由于单片机是按照16进制进行运算，因此得出S并不能直接显示，需要进行转换。在这个某些中，信号解决重要涉及计数值与距离值换算，以及二进制与十进制转换。
3.显示输出
数据传播与显示经软件解决得到距离，送到与单片机P0口用三位LED显示输出。将与否有车数据传播出去，给上位机。在这个实物电路中，采用一种发光二极管来代替。

毕 业 设 计 开 题 报 告
指引教师意见：

同窗通过查阅大量有关资料，对课题研究目意义及国内外发呈现状进行了详细阐述，并在此基本上给出了系统总体设计方案，方案可行。
该同窗所写开题报告内容比较丰富、思路基本清晰、格式较规范、符合规定。
该设计题目工作量适中，难度适中。
批准该同窗开题。

指引教师：
年 月 日
所在系审查意见：

系主任：
年 月 日