開題報(bào)告書-泊車用超聲波測(cè)距儀的研制

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

開題報(bào)告題目泊車用超聲波測(cè)距儀的研制（軟、硬件）總結(jié)資料

總結(jié)資料畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告學(xué)生：班級(jí)：電子信息工程（2）班論文題目泊車用超聲波測(cè)距儀的研制（軟、硬件）導(dǎo)師XX可行性方案分析要求包含以下幾個(gè)主要部分：（不少于1500字）研究背景、主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)路線、關(guān)鍵問題、時(shí)間安排可行性方案分析見附頁(yè)參考文獻(xiàn)[1]方建淳編著?語(yǔ)音合成技術(shù)與單片微機(jī)綜合系統(tǒng)[M].：航空航天大學(xué),1993,2.[2]沈德金，陳粵初等編著.MCS-51單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗齕M]?航空航天大學(xué),1990,4.[3]郭偉編著?超聲檢測(cè)[M].:機(jī)械工業(yè),2009.⑷康華光，陳大欽,X林編著?電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].:高等教育,2006,1.[5]李航,王可人?基于STC89C52RC的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2010,（02）,55-58.

開小組及教研宀至意見開題小組簽名：年月曰一、研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。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)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單。可用于如汽車倒車提醒、液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合，也可應(yīng)用于航海、宇航、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域。在泊車時(shí)可用于倒車，有效避免由于倒車造成的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問題。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。超聲波作為一種檢測(cè)技術(shù)，采用的是非接觸式測(cè)量，由于它具有不受外界因素的影響，對(duì)環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，且操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用然而超聲波測(cè)距在實(shí)際應(yīng)用中也有很多局限性。由于超聲波在傳播過程中，聲壓會(huì)隨著距離的增大而呈指數(shù)規(guī)律衰減，遠(yuǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)幅度小、信噪低，用固定閥值的比較器檢波回波，可能導(dǎo)致越過門檻的時(shí)間前后移動(dòng)，從而影響計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性，這必然會(huì)影響到檢測(cè)的準(zhǔn)確性。以及超聲波脈沖在空氣中傳播本省有多重的反射路徑，均導(dǎo)致回波信號(hào)被展寬，也使側(cè)倆個(gè)產(chǎn)生較大的誤差，影響了測(cè)距的分辨率。二、主要內(nèi)容本課題采用單片機(jī)控制，超聲波測(cè)量距離，最終顯示距離并聲光報(bào)警。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路和聲光報(bào)警電路等模塊。單片機(jī)輸出超聲波換能器所需的方波信號(hào)，并監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊?？梢杂行У亟鉀Q汽車倒車時(shí)避開行人和建筑物等問題，保障人身的安全。設(shè)計(jì)要求：1．兩路收發(fā)同體的空氣超聲探頭，實(shí)現(xiàn)汽車尾部左后和右后1.5米內(nèi)的障礙物探測(cè)。2．單片機(jī)組成的控制電路和超聲波發(fā)射接收電路3．距離顯示電路和聲光報(bào)警電路4．探測(cè)距離0.25m—1.5m

5.1作溫度-20—60°C6?測(cè)量分辨率1cm,誤差小于0.5%三、設(shè)計(jì)方案方案1：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)我們所需要的超聲波測(cè)距儀。具體方案如下：首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生超聲波所需要的頻率，在通過信號(hào)線將采用鎖頻率相合成技術(shù)得到的頻率引到超聲波的發(fā)射頭上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距。它的優(yōu)點(diǎn)就是工作頻率可調(diào)，也可以達(dá)到很高的頻率分辨率；缺點(diǎn)是要求使用的濾波器通帶可變，實(shí)現(xiàn)很困難。方案2：由單片機(jī)編程產(chǎn)生波形，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的放大、整形及一系列處理,送至單片機(jī)。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離,并由單片機(jī)控制顯示出來。單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差T,然后求出距離S=cT/2，式中的c為超聲波波速。波速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間t，即可求得距離S。其系統(tǒng)原理框圖如圖所示。發(fā)射管接收管框圖如圖所示。發(fā)射管接收管聲光報(bào)警圖1超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。由于超聲波屬于聲波X圍其速V與溫度有關(guān)。以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)通過單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，結(jié)果輸出顯示并聲光報(bào)警。綜上所述，利用單片機(jī)能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè)距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。因此選擇第二種設(shè)計(jì)方案。1、超聲波測(cè)距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度c在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為T,由S=cT/2即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速c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(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，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(hào)經(jīng)放大器放大，進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為T，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離并顯示和聲光報(bào)警。圖2超聲波測(cè)距儀原理框圖2、溫度補(bǔ)償在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，影響測(cè)量精度的因素很多，包括現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾、時(shí)基脈沖頻率等；但環(huán)境溫度對(duì)聲速的影響最大，從超聲波聲速經(jīng)驗(yàn)公式C=331.4+0.61*T可以看出，在0—40°C時(shí)，聲速變化X圍為331.4m/s-354.85m/s。以超聲波在20C的室溫條件下的聲速343.32m/s為基準(zhǔn)，其變化率為6.83%。所以溫度的影響不能忽略不計(jì)。而且在外界上作條件下，比如在夏天的室外，溫度往往不止40C，所以在基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，必須要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償，以避免溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。3、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制芯片采用STC89C52單片機(jī)。本單片有集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，比較適合用于控制。先由單片機(jī)產(chǎn)生方波信號(hào)控制收發(fā)電路，再對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，然后，根據(jù)分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，控制相應(yīng)的報(bào)警提示模塊、顯示模塊。本設(shè)計(jì)采用相同的型號(hào)超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭，超聲波信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)送超聲波，途中碰到障礙物就立即返回。否則認(rèn)為沒有探測(cè)到物體。在接收電路中需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形和二值化，然后將數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)中。顯示報(bào)警電路由顯示和報(bào)警兩部分電路組成。根據(jù)測(cè)量計(jì)算并通過顯示距離，在不同的距離X圍內(nèi)，不同顏色的燈點(diǎn)亮。實(shí)現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報(bào)警功能以此提醒駕駛員。4、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)圖3主程序流程圖五、關(guān)鍵問題1、超聲波信號(hào)的接收、發(fā)射的設(shè)計(jì)2、顯示電路設(shè)計(jì)3、流程圖及硬件