開(kāi)題報(bào)告-超聲波測(cè)距儀

1、*學(xué)院電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi) 題 報(bào) 告課題題目： 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 年級(jí)專業(yè)： 2014級(jí)電子信息工程 學(xué) 期： 第7學(xué)期 指導(dǎo)教師： 職 稱： 開(kāi)題時(shí)間： *學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)一、 選題目的及意義 超聲波測(cè)距是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法，和激光、渦流和無(wú)線電測(cè)距方法相比，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素的影響的優(yōu)點(diǎn)，在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測(cè)量、機(jī)器人定位方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距

2、離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化的使用要求。 距離是在不同的場(chǎng)合和控制中需要檢測(cè)的一個(gè)參數(shù)，測(cè)距成為數(shù)據(jù)采集中要解決的一個(gè)問(wèn)題。而由于超聲波的速度相對(duì)光速小的多，其傳播時(shí)間比較容易檢測(cè)，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測(cè)距。超聲波測(cè)距是一種利用超聲波特性、電子技術(shù)、光電開(kāi)關(guān)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法。因?yàn)樗欠墙佑|式的，所以它就能夠在某些特定場(chǎng)合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用。比如要測(cè)量有毒或有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的液面高度或高速公路上快速行駛汽車之間的距離。此次選題的目的在于鍛煉自己的綜合能力，超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)

3、包含多方面的知識(shí)，有利于綜合檢測(cè)自己的能力，全面復(fù)習(xí)大學(xué)四年所學(xué)，學(xué)以致用。二、選題設(shè)計(jì)的思路和方案1、設(shè)計(jì)思路本課題主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分組成。利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波和超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。選擇通用、價(jià)廉的STC89C51單片機(jī)為控制平臺(tái)，通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)合傳感器技術(shù)相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的功能。設(shè)計(jì)完成以一個(gè)超聲波測(cè)距系統(tǒng),超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差，最終計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。2、設(shè)計(jì)方案2.1 總體方案設(shè)計(jì)： 超聲波測(cè)距儀整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射

4、電路,超聲波接收電路,單片機(jī)電路,顯示電路與溫度測(cè)量電路等幾部分模塊組成。利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波和超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。具體見(jiàn)圖所示。超聲波接收超聲波發(fā)送掃描驅(qū)動(dòng)LED顯示單片機(jī)控制超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.2 硬件設(shè)計(jì)：（1）超聲波測(cè)距儀總體設(shè)計(jì)：用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)送超聲波，同時(shí)在放射的時(shí)候開(kāi)始計(jì)時(shí)，在超聲波遇到障礙物的時(shí)候反射回來(lái)，超聲波接收器在接收到反射回來(lái)的超聲波時(shí)停止計(jì)時(shí)。通過(guò)公式S=VT/2可以測(cè)出汽車與障礙物之間的距離通過(guò)LED顯示屏顯示出來(lái)。（2）超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)：在超聲探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬

5、度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。經(jīng)過(guò)R6分壓后到達(dá)A966基極通過(guò)集電極輸出后經(jīng)過(guò)中周變壓器組成諧振回路，最終將頻率為40KHZ的信號(hào)作用于發(fā)射探頭上，使其產(chǎn)生共振后，發(fā)射出超聲波。（3）超聲波接收電路設(shè)計(jì)：HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可高達(dá)3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理：a.采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；b.模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；c.有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECH0輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高

6、電平時(shí)間*聲速/340M/S）/2；d.當(dāng)TRIG從0->1時(shí)，主控制板啟動(dòng)，當(dāng)超時(shí)10ms時(shí)ECH0仍然沒(méi)有出現(xiàn)150us的0信號(hào)，表示沒(méi)有障礙。本模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，其主要特點(diǎn)：超微型，只相當(dāng)于兩個(gè)發(fā)射，接收頭的面積已經(jīng)沒(méi)法再小了；無(wú)盲區(qū)（10mm內(nèi)成三角形誤差較大，簡(jiǎn)單可以當(dāng)做0處理）；反應(yīng)速度快，10ms的測(cè)量周期，不容易丟失高速目標(biāo)；發(fā)射頭，接收頭緊靠，和被測(cè)目標(biāo)基本成直線關(guān)系；模塊上有LED指示，方便觀察和測(cè)試。（4）顯示電路：采用簡(jiǎn)單的4位共陰極LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。（5）電源電路：超聲波測(cè)距儀可利用干電池進(jìn)行供電，可采用若干節(jié)1.5V干電池，視最后超聲波測(cè)距儀

7、的功率所定?？刂葡到y(tǒng)可采用5V電源進(jìn)行供電。2.3 軟件設(shè)計(jì)：功能實(shí)現(xiàn)流程： 開(kāi)始系統(tǒng)初始化等待反射超聲波發(fā)送超聲波脈沖計(jì)算距離顯示結(jié)果圖2 系統(tǒng)軟件流程圖三、選題相關(guān)支持條件（理論知識(shí)、軟件及硬件條件等）1、理論知識(shí)：主打芯片STC89C51RD：STC89C51RD是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）

8、特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、硬件條件：各種電子元器件如STC89C51 、HC-RS04超聲波模塊、LED數(shù)碼管等，焊烙鐵、 焊錫、 鉗子、 剪刀、 電路板、 電腦 。3、軟件條件:運(yùn)用keil軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程四、選題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 1.實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀超聲波放送的成功 2.實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀接收的功能 3.用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示五、進(jìn)度安排（描述具體年月區(qū)間的研究進(jìn)

9、度及內(nèi)容等）：第1周至第2周（2013年3月3日至16日）：在前期對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）背景調(diào)查及資料收集的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)、確定開(kāi)題報(bào)告；第3周（3月17日至23日）：開(kāi)題答辯；第4周至第5周（3月24日至4月6日）：學(xué)習(xí)相關(guān)開(kāi)發(fā)工具同時(shí)查閱本次設(shè)計(jì)相關(guān)論文資料就本次設(shè)計(jì)進(jìn)行需求分析 ；第6周至第9周（4月7日至5月4日）：進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，并根據(jù)分析階段所獲得相關(guān)文檔進(jìn)行設(shè)計(jì)，并初步完成各個(gè)模塊的相關(guān)功能；第9周（4月28日至5月4日）：中期檢查；第10周至第11周（5月5日至18日）：測(cè)試并完成各功能模塊,形成可運(yùn)行的系統(tǒng)，并準(zhǔn)備各項(xiàng)相關(guān)材料，書(shū)寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）；第11至12周（5月12日至25日）

10、：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）定稿與裝訂，交指導(dǎo)老師評(píng)閱。第13周（5月29日至6月1日）：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 1、 建議增加物體識(shí)別，返回圖像名稱；2、 測(cè)距包括物體，地面臺(tái)階，地面孔洞，溝渠等。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日專家組意見(jiàn)：組長(zhǎng)簽名：成員簽名： 年 月 日信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)說(shuō)明考核標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)不通過(guò)設(shè)計(jì)（論文）選題題目大小、專業(yè)角度、深度是否合適，技術(shù)難度、理論意義或?qū)嵱脙r(jià)值具有一定新意、研究難度或?qū)嵱脙r(jià)值；研究目的、內(nèi)容明確選題不當(dāng)，在研究或技術(shù)方面不明確，或達(dá)不到本科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求。實(shí)施方案、進(jìn)度安排方案目標(biāo)是否明確，內(nèi)容是否豐富，思路如何，進(jìn)度安排是否合理目標(biāo)基本明確，解決問(wèn)題的思路清晰，內(nèi)容清楚，在若干方面有新意或具有實(shí)用性，研究進(jìn)度安排合理目標(biāo)不明確或有錯(cuò)誤，內(nèi)容不具體；研究方法簡(jiǎn)單，技術(shù)路線不嚴(yán)密，技術(shù)難度過(guò)低，沒(méi)有抓住技術(shù)關(guān)鍵；研究進(jìn)度安排不合理方案可行性方案可行性程度文獻(xiàn)調(diào)研充分，設(shè)計(jì)技術(shù)方案基本可行；基本掌握技術(shù)關(guān)鍵，對(duì)可能遇到的主要問(wèn)題，分析基本正確，開(kāi)題條件基本具備文獻(xiàn)調(diào)研不充分，技術(shù)方案不明確或有錯(cuò)誤；不熟悉技術(shù)關(guān)鍵，不能正確分析可能遇到的主