哈工大-超聲波技術

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 2018 年 春 季學期創(chuàng)新研修課程考核（讀書報告、研究報告）考核科目：超聲波檢測技術學生所在院（系）：電子與信息工程學院學生所在學科：電子信息學 生 姓 名學 號學 生 類 別：考核結果：閱卷人：超聲波檢測技術報告題目：超聲波測距技術報告本 科 生： 學 號：學科：超聲波創(chuàng)新研修報 告 日 期：2018.04.13.年 月 日一應用背景：超聲波是指振動頻率高于 20 kHz 的在彈性介質中傳播的機械波。在現實生活中，經常要求非接觸測量距離，目前， 用于非接觸測量的方

2、法主要有兩大類: 一是采用激光測距，另外一種就是采用超聲波測距，相對于激光測距來說，超聲波測距成本更低。目前，超聲波測距廣泛應用于機器人避障、車輛的定位、汽車倒車等領域常用方法：常用的超聲波檢測距離的方法有： 時間渡越法、相位檢測法和聲波幅值檢測法。二擬采用的超聲波測距方法及原理：本文以 STC89C52 單片機為核心，選用 HCS04 超聲波模塊設計一款低成本、高精度、能動態(tài)顯 示的超聲波測距系統(tǒng)，并且采用 DS18B20 溫度傳感器 進行溫度補償，本系統(tǒng)能實現的測距范圍為: 2 cm 4 m，測量精度為0 3 cm，盲區(qū)為2 cm。 方法：時間渡越法常用于測量距離較長，測量精度較高的場合基

3、本超聲波測距原理：超聲波測距原理圖超聲波測距原理為發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲 波同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物后反射，接收換能器收到超聲波馬上停止計時。假設 s 為發(fā)射源與目標障礙物之間的距離( m) ，t 為發(fā)射與接收超聲波之間的時間差( s)，v 為超聲波在空氣中的傳播速度( m / s) ，則被測物體的距離為s = vt /2三擬采用的測距方法優(yōu)點和缺點優(yōu)點：設計的超聲波測距系統(tǒng)體積小、成本低、易操作，具有精度高、抗干擾性強等優(yōu)點，可滿足自動控制系統(tǒng)中距離、 物位和液位等大多數要求較高的測量環(huán)境中的測距要求。其非接觸性、防塵防霧等特點被廣泛應用一種基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，

4、能實時顯示和保存測量數據，也可以設置報警閾值，在 內其精度達到了。本文采用的系統(tǒng)可提供 2 400 cm 的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到毫米( mm) 級。如前面所說超聲波測距的方法主要有三種: 相位檢測法; 聲波幅值檢測法; 渡越時間檢測法，本文采用的是渡越時間檢測法，其系統(tǒng)框圖如圖1 所示。 由于超聲波的傳播速度與溫度有關，當對測量精 度要求較高時，需要采用溫度補償方法進行校正，本文 采用 DS18B20 溫度傳感器實時測量溫度， c = c0 +0 607T 式中: c0 為 0 時的聲波速度， c0 = 331 4 m/s， T 為當前環(huán)境實際溫度。四整體結構框圖： 五軟硬件

5、結構：1. 系統(tǒng)硬件電路設計 1）溫度傳感器： DS18B20 由于超聲波在空氣中的傳播速度與溫度有關，對于測量精度要求比較高的場合，必須要通過溫度補償的方法以減小誤差，可以在傳播的過程中安裝固定的反射板使得測量的距離與溫度無關。本系統(tǒng)采用 DS18B20 溫度傳感器實時測量環(huán)境溫度， DS18B20 溫度傳感器具有不受外界干擾、測量范圍寬 ( 55 +125 ) 、測量精度高等優(yōu)點，其檢測電路如圖2 所示， P2 2 口接 DS18B20 的數據總線，用來控制 DS18B20 進行數據傳輸和溫度轉換，通過參數 配置可以使得 DS18B20 的測量分辨率達到9 12 位; 此外，數據總線上接一

6、個 4 7 10 k 的上拉電阻，使得當總線閑置時其狀態(tài)為高電平。 2）超聲波模塊 ：本文的超聲波測距系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機作溫度檢測電路為控制器，超聲波模塊選用 HC-S04，超聲波模塊原理圖如圖3 所示超聲波模塊通過 IO 口與單片機連 接起來，單片機通過控制口給出至少10 s 的高電平 觸發(fā)信號，超聲波模塊 HC-S04 自動發(fā)送8 個40 kHz 的方波，自動檢測是否有信號返回，一旦有回響信號，通過 IO 口輸出一高電平，此時，單片機中的計時器 打開開始計時，當回響信號變成低電平時關閉計時器。 超聲波時序圖如圖4 所示，根據計時器記錄的時間間隔t可以算出發(fā)射點距障礙物的距離

7、。 3） 顯示模塊 本系統(tǒng)設計采用 LCD1602 液晶屏，液晶顯示屏具 有功耗低、體積小等優(yōu)點，其電路圖如圖 5 所示，引腳 3 接了一個 10 k 的可調電位器，用來實現液晶屏亮 度的調節(jié)，通過液晶屏的控制線 S、 /W、 E 分別接單片機 STC89C52 的 P1 0、 P1 1、 P2 5。2. 軟件設計：系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，由主程序、溫度檢測子程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序、定時子 程序、顯示子程序等模塊組成。圖 6 為系統(tǒng)主程序流 程圖，主程序完成初始化后，由 STC89C52 單片機 P2 0 口發(fā)出40 kHz 的方波，自動檢測信號的返回，一旦有信號返回，單片機P2 1 口變成高電平，同時開計時器， 當 P2 1 口變成低電平時，關閉計時器，從而可以計算 出渡越時間; P2 2 口連接 DS18B20 進行溫度測量，算出此溫度下超聲波的傳播速度，單片機再調用計算子程序，即可計算出傳感器與被測物之間的 距離，測量結果通過 LCD1602 顯示。 本文設計的基于 STC89C52 的超聲波測距系統(tǒng)具 有結構簡單、易于操作等優(yōu)點，通過 LCD1602 能實時 顯示測距