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1、天 津 电 子 信 息 职 业 技 术 学 院 2012级 超 声 波 测 距 报 告超声波（雷达）测距报告姓名：学号：班级：题目：任课教师：天 津 电 子 技 术 学 院 2012级 超 声 波 测 距 报 告1第 1 页 共 13 页设计题目：超声波测距设 计 主 要 内 容 和 完 成 功 能 ：超 声 波 测 距 不 仅 能 够 定 点 和 连 续 测 距 ， 而 且 能 够 方 便 的 提 供 遥 测 和 遥 控 需 要的 信 号 。 超 声 波 测 距 技 术 可 以 选 用 气 体 ， 液 体 ， 固 体 来 作 为 传 声 媒 质 ， 因 而 有 较 大的 适 应 性 。 超
2、声 波 测 距 器 ， 可 以 应 用 于 汽 车 倒 车 、 建 筑 施 工 工 地 以 及 一 些 工 业 现 场的 位 置 监 控 ， 也 可 用 于 如 液 位 、 井 深 、 管 道 长 度 的 测 量 等 场 合 。 测 量 时 与 被 测 物 体无 直 接 接 触 ， 能 够 清 晰 稳 定 地 显 示 测 量 结 果 。 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 ， 较 迅 速 、 方 便 、 计 算简 单 、 易 于 做 到 实 时 控 制 ， 并
3、且 在 测 量 精 度 方 面 能 达 到 工 业 实 用 的 要 求 ， 因 此 在 移动 机 器 人 的 研 制 上 也 得 到 了 广 泛 的 应 用 。超 声 波 测 距 是 对 中 近 距 离 障 碍 物 进 行 实 时 测 量 的 测 距 装 置 。天 津 电 子 技 术 学 院 2012级 超 声 波 测 距 报 告2第 2 页 共 13 页目录1、 系 统 概 述 .31.1系 统 功 能 .31.2方 案 设 计 .32、 硬 件 原 理 设 计 .42.1硬 件 组 成 .42.2超 声 波 发 生 器 .42.3超 声 波 测 距 原 理 .52.4超 声 波 的 接 收
4、 与 处 理 .63 软 件 设 计 .73.1软 件 设 计 .73.2 程 序 .83.3程 序 流 程 图 .104、 系 统 调 试 .115附 录 .115.1心 得 体 会 .115.3实 物 作 品 照 片 .125.2电 路 图 .12天 津 电 子 技 术 学 院 2012级 超 声 波 测 距 报 告3第 3 页 共 13 页1、 系 统 概 述1.1系统功能超 声 波 是 指 频 率 高 于 20KHz的 机 械 波 。 为 了 以 超 声 波 作 为 检 测 手 段 ， 必 须 产 生超 生 波 和 接 收 超 声 波 。 完 成 这 种 功 能 的 装 置 就 是 超
5、 声 波 传 感 器 ， 习 惯 上 称 为 超 声 波换 能 器 或 超 声 波 探 头 。 超 声 波 传 感 器 有 发 送 器 和 接 收 器 ， 但 一 个 超 声 波 传 感 器 也 可具 有 发 送 和 接 收 声 波 的 双 重 作 用 。 超 声 波 传 感 器 是 利 用 压 电 效 应 的 原 理 将 电 能 和 超声 波 相 互 转 化 ， 即 在 发 射 超 声 波 的 时 候 ， 将 电 能 转 换 ， 发 射 超 声 波 ； 而 在 收 到 回 波的 时 候 ， 则 将 超 声 振 动 转 换 成 电 信 号 。超 声 波 测 距 的 原 理 一 般 采 用 渡
6、越 时 间 法 TOF（ time of flight） 。 首 先 测 出超 声 波 从 发 射 到 遇 到 障 碍 物 返 回 所 经 历 的 时 间 ， 再 乘 以 超 声 波 的 速 度 就 得 到 二 倍 的声 源 与 障 碍 物 之 间 的 距 离测 量 距 离 的 方 法 有 很 多 种 ， 短 距 离 的 可 以 用 尺 ， 远 距 离 的 有 激 光 测 距 等 ， 超 声波 测 距 适 用 于 高 精 度 的 中 长 距 离 测 量 。 因 为 超 声 波 在 标 准 空 气 中 的 传 播 速 度 为 340米 /秒 ， 由 单 片 机 负 责 计 时 ， 单 片 机 使
7、 用 12.0M晶 振 ， 所 以 此 系 统 的 测 量 精 度 理 论上 可 以 达 到 毫 米 级 。由 于 超 声 波 指 向 性 强 ， 能 量 消 耗 缓 慢 ， 在 介 质 中 传 播 距 离 远 ， 因 而 超 声 波可 以 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 ， 并 且 在 测 量 精 度 方 面 也 能 达 到 要 求 。1.2方案设计可 以 采 用 ATmega16单 片 机 作 为 主 控 制 器 ， 用 动 态 扫 描 法 实 现 1602液 晶 显 示 ，超 声 波 驱 动
8、 信 号 用 单 片 机 的 定 时 器 完 成 。 超 声 波 测 距 器 的 系 统 框 图 如 下 图 所 示 ：超 声 波 接 收 单 片 机控 制 器超 声 波 发 送 扫 描 驱 动LCD 显 示天 津 电 子 技 术 学 院 2012级 超 声 波 测 距 报 告4第 4 页 共 13 页2、 硬 件 原 理 设 计2.1硬件组成主 要 由 单 片 机 系 统 及 显 示 电 路 、 超 声 波 发 射 电 路 和 超 声 波 检 测 接 收 电 路 三 部 分组 成 。 采 用 ATmega16来 实 现 对 CX20106A红 外 接 收 芯 片 和 TCT40-10系 列
9、超 声 波 转换 模 块 的 控 制 。 单 片 机 通 过 P1.0引 脚 经 反 相 器 来 控 制 超 声 波 的 发 送 ， 然 后 单 片 机不 停 的 检 测 INT0引 脚 ， 当 INT0引 脚 的 电 平 由 高 电 平 变 为 低 电 平 时 就 认 为 超 声 波 已经 返 回 。 计 数 器 所 计 的 数 据 就 是 超 声 波 所 经 历 的 时 间 ， 通 过 换 算 就 可 以 得 到 传 感 器与 障 碍 物 之 间 的 距 离 。2.2超声波发生器为 了 研 究 和 利 用 超 声 波 ， 人 们 已 经 设 计 和 制 成 了 许 多 超 声 波 发 生 器 。 总 体 上 讲 ， 超声 波 发 生 器 可 以 分 为 两 大 类 ： 一 类
