超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告

超声波测距仪

目录

摘要 (3)

第一章绪论 (3)

1.1 设计要求 (3)

1.2 理论基础 (3)

1.3 系统概述 (4)

第二章方案论证 (4)

2.1 系统控制模块 (5)

2.2距离测量模块 (5)

2.3 温度测量模块 (5)

2.4 实时显示模块 (5)

2.5 蜂鸣报警模块 (6)

第三章硬件电路设计 (6)

3.1 超声波收发电路 (6)

3.2 温度测量电路 (7)

3.3 显示电路 (8)

3.4 蜂鸣器报警电路 (9)

第四章软件设计 (10)

第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11)

5.1 画PCB及制作 (11)

5.2 焊接问题及解决 (11)

5.3 软件调试 (11)

实验总结 (13)

附件 (14)

元器件清单 (14)

HC-SR04超声波测距模块说明书 (15)

电路原理图 (17)

PCB图 (17)

程序 (18)

摘要

该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。

关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警

第一章绪论

1.1设计要求

设计一个超声波测距仪，实现以下功能：

(1)测量距离要求不低于2米；

(2)测量精度±1cm；

（3）超限蜂鸣器或语音报警。

1.2理论基础

一、超声波传感器基础知识

超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。

超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关：

在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C.

二、压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

三、超声波测距原理

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波

经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

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。超声波在空气中的传播速度为C，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=Ct/2 。

从上面超声波特性可以知道：超声波在空气中的传播速度与温度有关：C=331.5+0.607t/0C (m/s)，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，典

1.3系统概述

超声波测距仪主要由超声波收发装置、单片机、测温装置、报警装置、LCD显示等组成。系统检测距离的原理是通过单片机发出40 kHz的方波脉冲信号后，检测接收端是否能够接收到遇障碍物反射的回波，同时，测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，同时显示出当前距离与温度。测量距离范围为2～250cm。可测量温度范围为-30～150°C。有温度与距离显示，误差小，精度高。蜂鸣器预警和距离采样频率动态变化，距离越远，采样越慢。

图一系统框图

第二章方案论证

2.1系统控制模块

控制器主要用于控制超声波起振脉冲的产生、对回波信号的处理、温度测量模块、蜂鸣报警以及显示模块的控制。采用STC89C52 单片机作为系统控制器。它的运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低，成本低，技术成熟。其程序可以采用 C语言编写，可读性强，烧写程序容易，这大大加快了系统的开发与调试。而且STC89C52有2个独立的定时器，两个独立的外部中断，正好可以达到我们的要求；IO足够，还可外拓功能（如进行报警器的接入）。

2.2距离测量模块

采用超声波传感器测距。由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射、也能够聚焦，而且遵循几何光学上的定律，即超声波从一种物质表面反射时，反射角等于入射角。超声波具有较好的指向性，频率越高，指向性越强，具有较高的分辨率，因而其测试精度也较其他方法高。而且超声波传感器具有体积小，结构简单，信号处理可靠性高的特点，价格较便宜，成功案例较多，可行性很高。

这里选用HC-SR04超声波测距模块，该模块性能稳定，测度距离精确，超微型,只相当于两个发射、接收头的面积,无盲区，反应速度快（10ms的测量周期）。

2.3 温度测量模块

方案一：采用热敏电阻。热敏电阻体积小，使用方便，但是精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590，LM35、TMP75等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。

方案二：采用数字温度芯片DS18B20测量温度。测温范围是-55——+125摄氏度，固有测温分辨率是0.5摄氏度。输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，线形较好，能很好地满足此次测温要求。

经过以上比较，决定采用方案二。

2.4 实时显示模块

方案一：使用液晶显示屏显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但是由于只需要显示温度和距离，信息量较少

而液晶显示占用的控制资源较多，切对外界环境要求高，不宜维护。

方案二：使用传统的数码管显示。数码管的特点：低能耗、低损耗、寿命长，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

根据以上的论述，采用方案二。

2.5蜂鸣报警模块

方案一：采用语音芯片ISD1420,WT588D系列等。音质好，播报清晰，有较高的灵敏度，但是增加了硬件电路的复杂度，使得设计和焊接的难度加大。而且对单片机和语音芯片的要求都比较高。

方案二：采用蜂鸣器报警。在单片机的外围接一个蜂鸣器实现报警，而控制部分完全由单片机软件编程实现，使得设计变得更加简单，成本也更加低了。

根据上面的论述，拟定采取方案二。

第三章硬件电路设计

硬件设计主要包括以下几个模块：超声波收发电路，蜂鸣器报警电路，温度测量电路，显示电路等。以下是各个模块具体内容。

3.1 超声波收发电路

HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

基本工作原理：

(1)采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈；

(2)模块自动发送8 个40KHZ 的方波，自动检测是否有信号返回；

(3)有信号返回，通过IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。

图二 HC-SR04模块电气参数

本系统中超声波的收发用单片机的P1.0、P1.1口控制，如图：

3.2 温度测量电路

温度补偿电路采用DS18B20芯片，DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：

（1）独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。

（2）DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。

（3） DS1820在使用中不需要任何外围元件。

（4）温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。

（5）测量结果以9位数字量方式串行传送。

DS18B20内部结构框图如图三所示：

图三DS18B20内部结构框图

DS18B20测温原理如图四所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图四 DS18B20测温原理

本系统中温度模块用单片机的P3.6口控制，如图：

3.3 显示电路

数码管是一类价格便宜使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。

数码管由7个发光二极管组成，行成一个日字形，通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极管而形成相应的字，这就是它的工作原理。数码管按各发光二极管电极的连接方式分为共阳数码管和共阴数码管两种。

数码管的显示方式可以分为静态显示与动态显示两类。其中动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态显示是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1~2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态是一样的，但是可以节约大量的I/O端口，降低功耗。

本系统的显示电路采用简单实用的4位共阳数码管，段码输出端口为单片机的P0口，位码输出端口为单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3口。显示电路如图：

3.4蜂鸣器报警电路

蜂鸣器报警用S8550三极管驱动蜂鸣器报警，P3.0口控制蜂鸣器，电路如图：

第四章软件设计

超声波测距的软件设计主要由主程序、超声波收发模块控制程序及距离和温度显示子程序，报警子程序等组成。整个程序运用C语言进行编写，大量使用子函数的调用和函数嵌套，使得程序清晰简洁，却可以实现较复杂的算法。

程序流程图如下：

主程序首先对系统环境初始化，置位总中断允许位EA并给显示端口清零，然后调用超声波发射子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时0.1ms后才打开外中断0接收返回信号。一旦检测到返回信号，立即进入中断程序，结束记时，并保存时间，进行计算、编码，与发送编码比较，若不符则重发；若小于报警距离则发出警报。若没有检测到返回信号，则判断接收限时是否已到，若接收限时未到，则继续巡回检测接收，否则返回发射状态重发。

第五章调试过程中遇到的问题及解决

5.1 画PCB及制作

由于我们组三个成员都没有画PCB及制作的经验，所以PCB的制作花费了较大的力气，相当于是从零做起。首先我们安装了Altium Designer，然后在网上下载了相关的学习资料和教学视频，自己初步绘制了电路原理图。

在生成PCB的时候，遇到了较大的困难。由于我们画的原理图只考虑了电路的逻辑正确性，而没有考虑布线的复杂度和可行性，以至于软件自动布线后生成的PCB线路混乱，手动调整难度相当大。在和店家沟通后，我们对原理图的线路进行了改动，尽可能使其规整和清晰，生成PCB后果然有了很大的改观，手动调整布线的工程量也大大降低。

5.2 焊接问题及解决

焊接过程总体来说比较顺利，元件不是很多，也不存在高焊接难度的芯片。但是遇到的一个最大的问题是三极管的型号问题：在LED显示驱动电路中我们用的四个三极管是PNP型的，而在驱动蜂鸣器的时候我们需要的是NPN型的。但是由于制作PCB板的时候，我们没有跟店家做特别的说明，导致板子上的三极管封装都做成了PNP型的。经过仔细询问店家，确保无误后，我们采用了反接PNP三极管的办法，使其达到NPN的效果。且经过实验测定，发现该办法可行，对实验结果不影响。这样就避免了我们再次制板，节省了时间，降低了成本。

5.3 软件调试

软件的调试的过程相对硬件来说较为漫长和辛苦。因为软件部分的主程序我们是参考老师给出的模板，所以调试过程中遇到了很多端口和子函数调用方面的问题。最典型的是以下几个：

（1）在初次烧写程序后，我们发现数码管根本无法显示，报警功能也无法实现。【解决办法】我们采用软硬件分开调试的办法。用学习板在我们的单片机中重新载入了一个测试程序，装进模块后发现数码管可以正常显示，

由此确定电路和焊接是正确的，问题肯定出在程序上。于是我们

仔细检查了程序，发现由于疏忽，我们把显示端口写错了。经过

修改，数码管得以正确显示。

（2）在电路可以显示距离后，经过多次实验，我们发现温度补偿后换算得到的距离误差较大。

【解决办法】我们将程序中进行温度补偿的程序段代码，直接修改为我们常用的声速340m/s,保留了温度转换的功能，但是并不真正根据实时

的温度计算距离，改过以后测量的准确度大大提高。

（3）距离和温度显示时，最高位数码管的值出现乱码。

【解决办法】在设计电路时，我们用了七段四位数码管，并且把它的四个位全部接进了电路。但是实际显示时，我们最多只需要三位，所以我

们采用把温度和距离显示函数中的最高位给零的办法，避免了乱

码的闪烁和跳动。

实验数据

实验总结

本系统以AT85S52单片机为核心，利用传感器技术，单片机技术，显示技术等并配合一套独特的软件算法实现了测距、温度和距离的实时显示、报警等功能。在系统设计过程中力求硬件电路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。

这次项目完成过程中我们收获很大，由于我们组三个成员以前都没有接触过相关知识，包括Altium Designer软件的使用、单片机的原理和编程等，都是从零学起。在软件调试的时候，遇到了很多问题，我们查阅了大量的书籍和资料，重新学习和复习C语言，反复检查程序并加以修正。不仅增长了很多知识，更积累了制作和调试电路的经历。在实验过程中，我们做到了严格的分工，有同学负责收集资料和原理学习及，有同学负责硬件电路设计和PCB绘制，还有文字功底比较强的同学负责实验报告的撰写，大家一起讨论完成了程序的编写和调试。

但是由于时间和水平有限，还存在很多缺陷。比如我们并没有做到美观大方的液晶显示，只是采用数码管简单显示了温度和距离；没有做到优质清晰的语音报警，仅仅实现了超限蜂鸣报警的功能。这次实验警醒我们在以后的学习不仅要加强编程能力，而且要勤动手进行硬件方面的实践，否则在真正用到的时候就只能是心有余而力不足。

总之，这次实验是对我们学习能力和以前学习成果的一个非常好的检验。我们学到了知识，也认识了不足，这将对我们以后的学习和工作起到很大的帮助和引导作用。

附件元器件清单

芯片类：

STC89C52单片机

超声波收发模块

LED7段4位数码管

DS18B20温度芯片

蜂鸣器

器件类：

晶振：12MHZ

电阻：510Ω8只

4.7kΩ6只

10 kΩ1只

瓷片电容：20pF 2只

电解电容：4.7μF 1只

三极管：8550（PNP）5只

按键：1个

HC-SR04超声波测距模块说明书

电路原理图

PCB图

程序

#include //器件配置文件

#include //包含_nop_()的头文件

#define TX P1_0 //HC-SR04发射端

#define RX P1_1 //HC-SR04接收端

#define wendu P3_6 //温度

sbit S1 = P2^0; //定义S1为P2.0口

sbit S2 = P2^1;

sbit S3 = P2^2;

sbit S4 = P2^3;

sbit BEEP=P2^6; //定义蜂鸣器控制口

unsigned char shuma[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xfd};//0-9，最后一位为“_”

unsigned char position[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位选

data unsigned char templ,temph;

char idata number[5]={0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00}; //用于存放温度值

unsigned char distance[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于存放距离值

unsigned int time=0;

unsigned long S=0,speed=0;

bit flag =0;

void delayms(unsigned int ms) //ms延时

{

unsigned char i=100,j;

for(;ms;ms--)

{

while(--i) //延时1ms

{

j=10;

while(--j);

}

}

}

void delay( int j) //us延时函数

{

int i;

for(i=0;i

i++;

}

void Display(void) //距离显示函数

{

int j;

for(j=0;j<250;j++) //显示250*4=1ms

{

char k;

for(k=0;k<4;k++) //从高到低位显示距离

{

P0=shuma[distance[3-k]];

P2=position[k];

delay(90);

P2=0xff; //清除

}

}

}

void rest_ds18b20(void) //DS18B20复位函数

{

char pre=1;

while(pre)

{

while(pre)

{

wendu=1;_nop_();_nop_();

wendu=0;

delay(50);

wendu=1;

delay(6);

pre=wendu;

}

delay(45);

pre=~wendu;

}

wendu=1;

}

void w_1byte_ds18b20(unsigned char value) //向DS18B20写一字节的数据{

unsigned char i=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

wendu=1;_nop_();_nop_();

wendu=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

wendu=value&0x01; //最低位移出

delay(6);

value>>=1;

}

wendu=1;

}

unsigned char r_1byte_ds18b20(void) //读一个字节

{

unsigned char i=0;

unsigned char value = 0;

for (i=0;i<8;i++)

{

value>>=1;

wendu=0;

_nop_();_nop_();_nop_();

wendu=1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

if(wendu==1) value|=0x80; //相当于value = value | 0x80;

delay(6);

}

wendu=1;

return value;

}

readtemp_ds18b20() //读取温度

{

unsigned char n=0;

rest_ds18b20(); //复位

w_1byte_ds18b20(0xcc); //跳过读序列号的操作

w_1byte_ds18b20(0x44); //启动温度转换

delay(6);

rest_ds18b20();

w_1byte_ds18b20(0xcc); //跳过读序列号的操作

w_1byte_ds18b20(0xbe); //读取温度寄存器

templ=r_1byte_ds18b20(); //温度低8位

temph=r_1byte_ds18b20(); //温度高8位

if(temph>127) //当符号位为1时，先将补码变为原码，再计算十进制值{

temph=256-temph;

templ=256-templ;

n=1;

}

number[4]=(((templ&0xf0)>>4)|((temph&0x0f)<<4)); //温度值为中间16位

speed=(number[4]*3/5+331+20)/100;

number[2]=number[4]/100;

number[4]=number[4]%100;

number[1]=number[4]/10;

number[0]=number[4]%10;

number[3]=0;

if(n){number[3]=0x0a;} //如果温度测量为负值，则最高位为‘-’

}

基于51单片机超声波测距仪设计【开题报告】

毕业论文开题报告 电子信息工程 基于51单片机超声波测距仪设计 一、课题研究意义及现状 随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求。例如在井深、液位、管道长度测量等场合。传统的测距方法根本无法完成测量任务。还有在很多要求实时测距的情况下。传统的测距方法也不能很好地完成测量任务。于是一种新的测距方法——超声波测距应运而生。超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。超声测距是一种非接触式的检测方式，它不受光线、被测对象颜色等影响。超声波传感器结构简单、体积小、信号处理可靠，所以检测比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。在移动机器人、汽车安全、海洋测量等上得到了广泛的应用。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。 随着科学技术的快速发展，超声波测距仪的应用将会越来越广，这是一个蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。未来的超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展，死角问题也能得到解决。超声波测距仪将其通过51单片机来实现,成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。51单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用它的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统，有很大的市场开发潜力。 二、课题研究的主要内容和预期目标 本课题主要设计一种基于单片机的超声测距系统。该系统以超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。课题主要内容包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括单片机系统，超声波发射电路、超声波检测接收电路、数码管显示电路等。软件部分拟采用单片机C语言编程，便于维护和修改，主要是利用中断完成信号发射和接受中间所耗时间的计算，并进行相关的数据处理以得到准确的距离。本课题要求测量精确、可靠、显示正确。 三、课题研究的方法及措施 先通过上网、图书馆等各种途径，搜索与本课题相关的资料进行大量的阅读，从而从整体上对这个课题进行认识。然后根据查阅的资料作出总体方案的设计框图以及确定本设计的实现方法。本设计总体框图如下：

基于单片机的超声波测距系统设计实验报告 - 重

指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制

目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18)

一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。

摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距

声速的测量(超声)实验报告

声速的测量（超声） 一、实验目的： ①用共振干涉法求超声声速； ②用相位比较法求超声声速。 二、实验仪器： 超声声速测量仪、信号发生器、数字频率计、同轴电缆、示波器、游标卡尺、压电陶瓷超声换能器。 三、实验原理： ①声速的测量： 利用公式νλ,测量声波的频率ν和波长λ去求声速v。 ②声压驻波：已知两列频率、振幅和振动方向相同的平面简谐波，向相反的方向传播时，叠加的合成波就是驻波，在驻波场中质点振幅最大处为波腹，质点位移振幅近似为零处为波节，相邻波腹或波长的距离为半波长（λ/2）。 ③声波波长的测量：接收器S2输出的信息有两部分：1、驻波的信息，其振幅随S2的移动而变化，在共振时，S1、S2的距离为l：，，，此时振幅较大。2、类 似行波的信息，S1、S2用的相位差，也随着S2的移动而变化，每移动λ/2，相位差改变Π（即180°）。利用这两种信息均可测量声波波长λ。（1）共振干涉法；（2）相位比较法。 四、实验方法： ①用共振干涉法测声速： 示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，示波器上显示的是S2的交流信号按时间展开的图形，移动S2示波器上图形有时很大，有时很小。在S2移动范围内，仔细测多个出现极大值时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。 ②用相位比较法测声速： 示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，移动S2示波器上的图形会从椭圆变换到一条直线，再从直线变换到一个反方向的椭圆，往复变换。在S2移动范围内，仔细测多个出现直线时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。 ③记录实验室的实温t。 ④用当前实温和公式求出声速，与以上两种方法求出的声速进行比较， 分析。 五、数据处理： 温度：34℃频率：37500Hz 共振干涉法（单位：mm）： 218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62 176.52 相位比较法（单位：mm）： 174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68 131.70 共振干涉法： λ

PLC超声波测距实验报告082039140程稳

利用plc的高速计数模块进行超声波测距实验 ―――――微型控制计算机暑期设计实验报告 082039140程稳 利用51单片机来驱动超声波模块测距，是一件很容易的事，只需要结合定时中断和外部中断，利用12M或更高的晶振频率即可精确获取从发射到接收到超声波之间的时间，平均1ms对应 3.4cm的行程，本GE比赛设计需要物位测量的最大距离是30cm,即需要30*2/3.4=17.64ms,而GE PAC RX3i的PME软件梯形图程序得扫描周期2ms以上，就算是最快的定时节点也有1ms,所以若直接用PLC的普通离散量输入模块IC694MDL654输入节点来测量接收到超声波回波的时间的误差为1ms,误差距离3.4/2=1.7cm,结果自然不理想，更严重的问题在于PLC该模块无硬件中断响应功能，是不能测电平宽度的。总之PLC的IO口工作在低速模式下是难以胜任高速测量任务的，但可喜的是GE PLC 的高速计数模块HSC304能处理2MHZ的信号，但仍无硬件中断功能。于是想能否干脆把单片机测出的电平时间数据通过串口发送给PLC，我也试着这样连线测试，不过PLC串口的使用不像单片机这么简单，没有相关资料，PLC内部寄存器找不到PLC从单片机接收的数据。于是仍决定放弃此方案，回到高速计数模块。再认真阅读此模块配置信息和实验调试后，发现其可以测量出外部信号频率，于是想既然PLC无法直接测电平宽度，那干嘛不测量频率，有了频率自然有周期，有周期自然有电平宽度！

利用plc的高速计数模块检测超声波测距仪的信号接收端的频率，正常情况下应使用频率直接求得周期接而来计算时间，但由于实际测得这样根本很难实现，所以直接测频率，并利用示波器查看该频率的波形，并修改程序使得在所测距离变化的情况下，一周期内的低电平保持不变（高电平所持续的时间表示超声波从发出到接收到所经历的时间，低电平是延时，为了使得波形正常），然后测出频率及其所对应的距离。 以下是用虚拟示波器测出的超声波模块在不同距离测量回波接收脚电压波形：

声速测量实验报告

声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【实验原理】 声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为： 可见，只要测出声波的频率f和波长 ，即可求出声速。f可由声源的振动频率得到，因此，实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点，实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法（共振干涉法） 如右图所示，实验时将信号发生 器输出的正弦电压信号接到发射超声 换能器上，超声发射换能器通过电声 转换，将电压信号变为超声波，以超 声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。 由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强）最小，而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。

移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时（即接收器位于波节处）卡尺的读数（两读数之差的绝对值等于半波长），则根据公式：λf v =就可算出超声波在空气中的传播速度，其中超声波的频率可由信号发生器直接读得。 2.相位比较法 实验接线如下图所示。波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接收点存在着位相差，而这位相差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的位相关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形来观察。 位相差?和角频率ω、传 播时间t 之间有如下关系： t ?=ω? 同时有，t πω2=， v l t =，v T =λ（式中T 为周期） 代入上式得：λπ?l 2= 当 2λn l = （n=1，2，3，...）时，可得π?n =。 由上式可知：当接收点和波源的距离变化等于一个波长时，则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期（即Ф=2π）。 实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。当相位差改变π时，相应距离l 的改变量即为半个波长。根据波长和频率即可求出波速。 3.超声波的发射与接收——压电陶瓷换能器

超声波测距开题报告

毕业设计（论文）开题报告 题目名称基于单片机的超声波测距仪 学生姓名专业班级学号 一、选题的目的和意义： 超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。由于超声波指向性好,能力消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常被用于距离的测量,利用超声波检测距离设计比较简单,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。超声波是一种频率在20khz以上的声波，作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性：反射、折射、干涉、衍射和散射，与物理联系紧密，应用灵活。并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较好。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。具有广泛的应用前景。 二、研究概况及发展趋势综述 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，而且还降低了能量耗损，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，用固定阀值 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。另外就是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，也使测量产生较大的误差，影响了测距的分辨率。其他如温度，风速等也会对测量造成一定的影响。 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。

基于单片机的超声波测距系统实验报告

基于单片机的超声波测距系统实验报告

一、实验目的 1.了解超声波测距原理； 2.根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路； 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离； 4.以数字的形式显示所测量的距离； 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系 统框图； 2.决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证； 4.对单元模块进行整合，整体调试； 5.完成原理图设计和硬件制作； 6.编写程序和整体调试电路； 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。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机理，单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 （一）超声波模块原理： 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。

开题报告书—泊车用超声波测距仪的研制

- - -.. 毕业设计（论文） 开题报告 题目泊车用超声波测距仪的研制(软、硬件)

毕业设计（论文）开题报告学生：班级：电子信息工程（2）班

一、研究背景 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单。可用于如汽车倒车提醒、液位、井深、管道长度的测量等场合，也可应用于航海、宇航、石油化工等工业领域。在泊车时可用于倒车，有效避免由于倒车造成的经济损失和人身安全问题。因此

研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 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的影响，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。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，声压会随着距离的增大而呈指数规律衰减，远目标的回波信号幅度小、信噪低，用固定阀值的比较器检波回波，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，这必然会影响到检测的准确性。以及超声波脉冲在空气中传播本省有多重的反射路径，均导致回波信号被展宽，也使侧俩个产生较大的误差，影响了测距的分辨率。 二、主要内容 本课题采用单片机控制，超声波测量距离，最终显示距离并声光报警。硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路、超声波接收电路和声光报警电路等模块。单片机输出超声波换能器所需的方波信号，并监测超声波接收电路输出的返回信号。通过硬件和软件实现各个功能模块。可以有效地解决汽车倒车时避开行人和建筑物等问题，保障人身的安全。 设计要求： 1．两路收发同体的空气超声探头，实现汽车尾部左后和右后1.5米内的障碍物探测。 2．单片机组成的控制电路和超声波发射接收电路 3．距离显示电路和声光报警电路 4．探测距离0.25m—1.5m

声速的测定实验报告

声速的测定实验报告 1、实验目的 （1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 （2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 （3）学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3．1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ，即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3．2 实验方法 3．2．1 驻波共振法（简称驻波法） S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中， S 1、S 2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为： Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ （1） 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。 移动S 2，可以连续地改变L 的大小。由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即 S 2所移过的距离为： () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n （2） 可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据f V ?=λ，就 可求出声速。 3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法） 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为： ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X （5） 在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时，由（5）式，得 x A A y 12=，即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

超声波测距仪的设计开题报告

1 课题来源及研究的目的及意义 超声波是一种频率在20kHz以上的机械波，在空气中的传播速度约为340m/s（20℃）。由于超声波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色的影响，比其他仪器更卫生，具有不污染、高可靠、长寿命等特点，被广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、污水处理厂、食品、水文、等行业中，可在不同环境中进行距离的准确度在线标定，可直接用于水酒精、糖等液位控制，能达到工业实用的指标要求。还可以用于移动机器人的视觉系统中，这样可使机器人自动躲避障碍物行走，及时获得障碍物的位置信息，同时超声波测距系统具有以上的这些特点，在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛应用[1]。 超声波测距仪利用超声波收发探头测量仪器到墙面或其他固定物体的距离，并通过液晶屏显示出来，在实现功能的基础上，尽可能提高测量精度。测量精度要达到分米级。 2 国内外在该方向的研究现状及分析 目前国际国内，在超声波测距方面的研究方向和水平的不同，主要体现在对测距原理、超声波信号处理方法和超声波测距处理器的选用上。常见的超声波测距原理分为渡越时间法和相位差法两种。信号的处理方法大致分为阈值检验法、互相关延时估计法、伪随机码扩频测距法和最小均方法四种。在处理器方面大多以单片机为主，其中以51系列应用最为广泛，采用运算速度更快，效率更高dsp芯片作为处理器，也正成为一个非常活跃的研究方向。目前已研制的超声波测距仪中，量程一般为3-12m，美国AIRMAR公司生产的airducer AR30超声波传感器的作用距离可达30m，但价格昂贵，准确度方面已控制在测量误差的0.4%左右，与真值的差距在厘米级的范围内，若采用互相关或伪随机法，最高可控制在0.05m内，在提高精确度方面，超声波测距还有很大的发展潜力和上升空间[2]。 3 主要研究内容 设计出以单片机为核心控制声波测距仪系统。 （1）研究并总结超声波测距仪设计的基本方法及研究现状； （2）掌握以AT89S51芯片为核心的单片机系统的使用方法； （3）研究74LS04组成的超声波发射电路、声波处理模块、液晶显示等器件组成； （4）研究依据实际的测量精度要求添加温度补偿电路的方法。

超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)

摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波

超声测距系统设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业：电气工程及其自动化 设计(论文)题目：超声测距系统设计 指导教师: 2011 年 2 月24 日

毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述 文献综述 1 研究背景 测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法[1]。随着电子技术的发展，先后出现了激光、超声波及红外线等非接触式测距方法。激光测距虽然测距精度高，操作简单，但是受环境的影响比较大，且系统检测维护不便，价格相对昂贵，一般多在军事领域应用。红外测距属于电磁波的一种，超声波是声波测距，实现起来更容易且不受电磁干扰影响。红外传播速度为3x108m/s，超声波在空气中的传播速度为340m/s，其速度相对电磁波是非常慢的，因此在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量[1]。 由于超声波方向性好、超声测量无接触，超声波测距系统价格低廉、易实现、信息处理简单可靠，所以利用超声波进行距离和长度的测量越来越受到人们的重视。超声波技术的发展经历了从理论技术的研究到大范围的工业应用。在这期间，雷达技术、激光技术、电子技术等技术的发展对超声波技术不断更新和发展起到了很大的促进作用[2]。 2 国外研究现状 一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响[3]。 1917年，法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信联络。在这之后对超声的研究主要体现在电子领域[4]。 1925年，Pierce使用石英传感器和镍传感器来产生和探测超声波，而且频率扩展到兆赫级。至此；Debye,Sears,Lcas分别发现了超声波的衍射光栅，用超声波来研究液体和气体的声学特性方法得到稳定发展。 1927年Hantalnnn和Tro11e解决了超声汽笛的许多细节问题，这些汽笛被证明在流

超声波测距实验报告

目录 1、课题设计的目的和意义 (3) 2、课题要求 (3) 2.1、基本功能要求 (3) 2.2、提高要求 (4) 3、重要器件功能介绍 (4) 3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4) 3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5) 3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6) 4、超声波测距原理 (8) 4．1、超声波测距原理图 (8) 4.2、超声波测距的基本原理 (9) 5、硬件系统设计 (10) 5.1、超声波发射单元 (10) 5.2、超声波接收单元 (11)

5.3、显示单元 (11) 5.4、语音单元 (12) 5.5、硬件设计中遇到的难题： (12) 6、系统软件设计 (14) 7、调试与分析 (15) 7.1调试 (15) 7.2误差分析 (15) 8、总结 (16) 9、附件 (17) 9.1、总电路 (17) 9.2、主要程序 (18) 10、参考文献 (22)

1课题设计的目的及意义 随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广，但就目前技术水平而言，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。如声纳的发展趋势：研究具体的高定位精度的被动测距声纳，以满足军事和渔业等的发展需求，实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。 超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量，所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。 随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最注重发展到具有创造力。在新的时代，测距仪将发挥更大的作用。 2课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。

超声波测声速实验报告

实验名称：超声波测声速实验报告 一、实验目的 （1）、了解超声波的发射和接收方法。 （2）、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 （3）、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、实验原理 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共装置图。 波与发射波叠加，它们波动方程分别是： 叠加后合成波为：

的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。 相位比较法测波长：从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：φ=2∏x/λ，其中λ是波长，x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2∏。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 三、实验仪器 超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 四、实验内容 1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。

3．用相位比较法测波长和声速。 五、实验数据及处理： f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论： 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=（354±3）m/s; U=0.8% 七、思考题： 1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？ 答：不行，由“v = f λ”，距离一定后使得波长无法计算。 2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同，因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。

毕业设计开题报告—超声波测距

毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号： 所在学院： 专业：通信工程 设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪 指导教师： 2014年2月25日

开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、课题研究背景、目的和意义 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。 超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。它是一种指向性强，能量消耗慢的波。它在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，可解决超长度的测量。二、超声波测距仪的整体设计思路 超声波测距一般采用渡越时间法。超声波测距的实质是时间的测量，即：用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即 S=12ct 其中，c 为空气介质中声波的传播速度。在常温下，超声波的传播速度为340 m/s，

超声波测距仪设计实验报告

超声波测距仪设计实验报告 课题设计目的及意义 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前 景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为种新型的非常重要有用的工具在各方面 都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实 施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被 动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大 力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化 智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪 将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌 一新的测距仪将发挥更大的作用。 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统 也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城 市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建 筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市 给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的 自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核 心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得 非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 实验原理 超声波在液体、固体中衰减小、穿透力强、对某些固体、穿透深度能达到几十米的范围；另外，超声波方向性好，能够定向传播。因此，可以作为物体探查和进行测量的可靠手段。 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。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 物的距离(s)，即：s=340t/2。 整体电路设计 整体电路的控制核心为单片机STC89C52。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。 整体结构图包括超声波发射电路,超声波接收电路,单片机电路,显示电路和语音提示电路等 几部分模块组成。而超声波发射与接收电路还要加入放大电路。在发射后把信号放大，接收 前也要把还再次放大。 整体电路结构图如图4-1。

声速测量实验报告.doc

声速测量实验报告 只有通过实验才能知道结果，那么，下面是我给大家整理收集的声速测量实验报告，供大家阅读参考。 声速测量实验报告1 实验目的:测量声音在空气中的传播速度。 实验器材:温度计、卷尺、秒表。 实验地点:平遥县状元桥东。 实验人员:爱物学理小组 实验分工:张x——测量时间 张x——发声 贾x——测温 实验过程: 1 测量一段开阔地长; 2 测量人在两端准备; 3 计时员挥手致意,发声人准备发声; 4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止) 5 多测几次,记录数据。 实验结果: 时间17∶30 温度21℃

发声时间 0.26″ 发声距离 93m 实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s. 实验反思:有一定误差,卡表不够准确。 声速测量实验报告2 一实验目的： (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解， (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度， (3)了解压电换能器的工作原理，进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器： 双踪示波器一台，信号发生器一台,测试仪一台，同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×10Hz 的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形，其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量，结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ × f λ=2X v = 2X × f

超声波测距系统的设计【开题报告】

开题报告 电子信息工程 超声波测距系统的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 现在认为，超声波最先是从1876年F.Galton的气哨实验开始，这是人类首次产生高频声波。在以后30年内，人们对超声波仍然了解的比较少，发展较为缓慢，对超声波研究没有非常重视。接着在第一次世界大战中，超声波的研究慢慢的受到各国的重视。这时期法国人Langevin使用了一种晶体传感器，并使其在水下接收一些相对较低频率的超声波，并且提出是否可以使用超声波对水中的潜艇进行检测或者在水下利用超声波进行通信。 在1929年，前苏联科学家Sokolov最先提出了利用超声波探进行检查金属物内部是否存在缺陷的想法。在间隔两年后，德国人Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，但是他却没有在这方面进行深入的探索研究。在1934年Sokolov发表了关于超声波在液体槽子里用穿透法作实物试验的结果，使用了多种方法用来检测穿过试验物品的超声波中含有的能量，在这些方法中最为简单的是使用光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹的大小。 之后德国人Bergrnann发布了关于超声波的经典著作《uLTRAsoNIC》，在该著作中对超声波早期的大量资料进行了详细的论述，这本著作也一直被认为是超声波领域中的经典之一。美国的Firestone和英国的Sproulels两人对超声波脉冲回波探伤仪进行了首次介绍，并使超声波检测技术发展到了更为重要的一个阶段。在各种各样的超声波检测系统中，这是最为成功的一种检测系统，因为它具有最广泛的代表性，而且其检测结果也是最容易解释的。这种方法除了可用于手工检测外，还可以和各种先进的系统进行联用。直至当前，在超声无损检测中，脉冲回波系统仍然是应用最为广泛的一种。 在50年代由于雷达的快速发展大大的促进了超声波技术的发展；而后随着电子技术的不断快速发展，又使超声波的发展有了一次快速的飞跃。超声波被广泛的应用于医疗诊断、无损检测及工业控制中。在60年代，随着新材料新技术的应用以及对超声波的深入研究，产生了一些超过 100GHz的超高频超声波，而且这些超高频的超声波开始应用于物理学基础研究、通信和计算机技术等领域当中。 在1992年FigneroaJ.F提出一种新的超声回波计时方法，该方法利用峰值和相位相加得到回波时延冈。利用这种测量方法能够达到18一34米的测量范围，误差精度为2%。在2007年，