超聲波測距-科研立項申請表.doc

江蘇師范大學科文學院學生科研課題立項申請表項目編號_申請課題 超聲波測距儀 申 請 人 宋加亮 班 級 08電信 所 在 系 信息科學系 申請日期 2011-9-23 徐州師范大學科文學院學務(wù)部制研究課題名稱超聲波測距儀起止年月2011-9-252011-4-25-申請金額500成果形式實物申請人姓名性別男系別信科班級08電信指導老師姓名性別男專業(yè)計算機職稱講師課題組成員姓名性別系別班級在本項目中分工男信科08電信總體方案的設(shè)計男信科08電信焊接電路及調(diào)試男信科08電信編寫主程序男信科08電信查閱資料研究項目主要內(nèi)容超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到日常使用的要求。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。設(shè)計的超聲波測距器利用超聲波傳輸中距離與時間的關(guān)系，采用以AT89S52單片機為核心進行控制及數(shù)據(jù)處理，最終完成低成本、研究項目主要內(nèi)容高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距器的硬件電路和軟件設(shè)計。該測距器主要由超聲波發(fā)射器電路、超聲波接收器電路、單片機控制電路、系統(tǒng)電源電路及顯示電路構(gòu)成。整個程序采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距器的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。經(jīng)過實驗表明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、抗干擾能力強、實時性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴展和升級，可應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，還能有效地解決汽車倒車，液位、水深、管道長度的測量問題 通過該設(shè)計能進一步了解和加深智能化儀器設(shè)計的一般原則；熟練掌握智能化儀器與裝置的軟、硬件設(shè)計方法；掌握儀器的軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)合統(tǒng)調(diào)方法與技能。掌握儀器的接口技術(shù)和程控方法；熟練掌握儀表總線的工作原理、設(shè)計步驟、編程及調(diào)試；掌握C語言設(shè)計軟件的編程與調(diào)試方法；掌握網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)計編程與調(diào)試方法。擬采取的研究方法和技術(shù)路線（包括研究工作的總體安排、步驟和進度等）：一、設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求設(shè)計一超聲波測距儀，任務(wù)：（1） 了解超聲波測距原理。（2） 根據(jù)超聲波測距原理，設(shè)計超聲波測距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。設(shè)計一超聲波測距儀，要求：（1） 設(shè)計出超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。（2） 對設(shè)計的電路進行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。（3） 對設(shè)計的電路進行分析。（4） 以數(shù)字的形式顯示測量距離。二、總體設(shè)計思路（1）超聲波測距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t，由s=vt/2即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（ms）313319325323338344349386(2) 超聲波測距儀原理框圖如下圖所示單片機發(fā)出40kHZ的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行判別、計算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時器單片機控制顯示器（3）系統(tǒng)軟件的設(shè)計超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。三、設(shè)計的進程安排序號階段及所需時間主要完成內(nèi)容1第一階段：（14周）審題，查閱相關(guān)資料完成開題報告2第二階段：（510周）依據(jù)相關(guān)的資料進行總體設(shè)計3第三階段：（1115周）采用萬用版進行元器件焊接4第四階段：（1620周）采用C語言進行主程序編寫5第五階段：（2127周）系統(tǒng)總體運行調(diào)試6第六階段：（2830周）檢查系統(tǒng)的準確性、穩(wěn)定性研究的階段成果及最終成果：一、階段成果1、本項目訓練的目標：將理論知識應(yīng)用于實踐，基于AT89S52單片機設(shè)計制作超聲波測距硬件電路，利用PROTEL畫原理圖，利用C語言編寫相關(guān)軟件程序，并完成系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)。同時，通過項目的實施，一方面培養(yǎng)各成員獨立分析問題、解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)項目組成員團隊合作解決問題的素養(yǎng)。2、本項目的前期準備工作：查找相關(guān)資料，進行總體方案設(shè)計，劃分軟硬件功能。3、組織實施（進行任務(wù)劃分）： 硬件電路設(shè)計、元器件選型，元器件焊接以及電路板性能測試，利用C語言進行程序設(shè)計，系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。4、項目實施過程中，由指導老師參與進行總體方案的設(shè)計以及系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)，在充分查閱資料后進行原理圖設(shè)計，經(jīng)過論證和指導老師審核后進行元件焊接以及單元電路調(diào)試，由責任同學完成，其他同學也可以適當參與。適時進行討論會，討論并解決各自所遇到的問題，如果問題比較復雜，可以延長會議的時間及增加會議的次數(shù)，必要時請指導老師參加。5、項目結(jié)題：制作好的超聲波測距儀，項目實施相關(guān)的設(shè)計資料（原理圖，元器件清單，C語言源程序），撰寫結(jié)題報告和系統(tǒng)使用說明。二、最終成果1、超聲波測距儀電路原理圖2、基于AT89S52單片機制作的超聲波測距儀硬件電路3、超聲波測距儀C語言源程序5、超聲波測距儀使用手冊6、完成的系統(tǒng)可用于學生的單片機實驗本研究項目的科學依據(jù)和意義（包括科學學術(shù)意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概況，發(fā)展趨勢，立論依據(jù)，特色或創(chuàng)新之處等）：超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用AT89C52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動。隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時間住的許多不可預見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計研制箱涵排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計超聲波測距儀的意義。指導老師意見（對本項目的研究意義、研究方案、取得預期成果的可能性、是否同意立項等簽署具體意見）：該項目對學生單片機實踐能力的培養(yǎng)具有一定的理論和實踐價值，并且得到了學校和系部