- 相關(guān)推薦
專業(yè)大學(xué)生超聲波傳感器的實(shí)訓(xùn)報(bào)告
篇一：基于單片機(jī)超聲波測(cè)距項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)背景
在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，超生波的在測(cè)距中的應(yīng)用也越來(lái)越廣。但目前我們的技術(shù)還是有限，為了推動(dòng)我們電子信息工程系同學(xué)對(duì)其的興趣發(fā)展，所以我們電子信息工程系教研室的老師們策劃了一個(gè)基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)。同時(shí)也是為了老師考察電子系同學(xué)們?cè)谇耙粚W(xué)年在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程，傳感器技術(shù)應(yīng)用課程和印刷電路板的設(shè)計(jì)與工藝課程學(xué)習(xí)情況。也是對(duì)電子信息工程系的學(xué)生們動(dòng)手能力的一種鍛煉，及高職院校學(xué)生綜合素質(zhì)的一種培養(yǎng)。設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀用專用的集成電路的成本很高, 并且沒(méi)有顯示,操作比較不方便。本文結(jié)合超聲波精確測(cè)距的需要，嘗試用STC89C52 單片機(jī)為核心的低成本、簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)收發(fā)功能、小型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，傳播速度僅為光波的百萬(wàn)分之一，超聲波對(duì)色彩，光照度，外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，因此超聲波測(cè)距對(duì)于被測(cè)物處于黑暗，有灰塵或煙霧，強(qiáng)電磁干撓，有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適用能力，在液體測(cè)位，機(jī)器人避障和定位，倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。而且超聲波傳播不易受干撓，因而經(jīng)常用于距離的測(cè)量。在某一時(shí)刻給超聲波發(fā)生器施加40 khz方波信號(hào)，發(fā)生器發(fā)出超聲波，遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，被超聲波接受器接受到。只要計(jì)算出超聲波信號(hào)從發(fā)射到接收到回波信號(hào)的時(shí)間，知道在介質(zhì)中的傳播速度，就可以計(jì)算出被測(cè)物體的距離d=s/2=(vt)/2.其中d為被測(cè)物到測(cè)距儀之間的距離，s為超聲波往返通過(guò)的路程，v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，t為超聲波從發(fā)射到接收所用時(shí)間。
由于超聲波在空氣中的速度與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求很高，則可以通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)腵方法加以矯正。不同溫度下超聲波在空氣中傳播速度隨溫度變化的關(guān)系：V=331.4+0.61t.其中，t為實(shí)際溫度，v的單位為 m/s.
本系統(tǒng)所采用的T/R40-16型超聲波傳感器。
超聲波傳感器型號(hào)代碼:T/R40-16— 外殼直徑-- 16(mm)T— 發(fā)射
R--接收 40KHZ--中心頻率。
圖1 超聲波傳感器
工作過(guò)程 啟動(dòng)超聲波測(cè)距電路時(shí)，工作過(guò)程如下:
1. 由單片機(jī)發(fā)出40KHz的脈沖串，每10個(gè)脈沖為一串;
2．脈沖串通過(guò)超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波;
3．單片機(jī)在發(fā)送脈沖的時(shí)刻開始計(jì)時(shí);
4．超聲波遇到障礙物后的回波被超聲波接收換能器接收，其輸出的正弦波經(jīng) 過(guò)兩級(jí)放大;
5．再經(jīng)過(guò)電壓比較器，下降沿中斷信號(hào)中斷單片機(jī)的計(jì)時(shí);
6．讀THO、TLO時(shí)間值;
7．時(shí)間*速度 ，計(jì)算出距離數(shù)據(jù);
8．在LED上顯示距離。
超聲波測(cè)距是根據(jù)回波測(cè)距的原理設(shè)計(jì)的，由超聲波的發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波接收器接受回波。測(cè)出從超聲波發(fā)射脈沖串時(shí)刻到接受回波是的時(shí)間差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測(cè)溫系統(tǒng)得知，將聲速與時(shí)刻差相乘，得出距離，并顯示。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。
三．實(shí)驗(yàn)器材及設(shè)備
A.實(shí)驗(yàn)器材
超聲波測(cè)距原理圖pcb板一塊，超聲波探頭，超聲波接收頭，555多諧振蕩器 ，LM386 音頻集成芯片、LM567集成芯片、CD4069驅(qū)動(dòng)芯片、DS18B20傳感器一個(gè)以及一些必須的電阻，電容及元器件等等
B.實(shí)驗(yàn)設(shè)備
電烙鐵一個(gè)、烙鐵架一個(gè)、鉗子，8051系列單片機(jī)。電錫絲、萬(wàn)用表、示波
器、被測(cè)物體、電腦、下載數(shù)據(jù)線等等。
四、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
為了推動(dòng)我們電子信息工程系同學(xué)對(duì)超聲波在測(cè)距這塊的興趣，我們教研室的老師們策劃了一個(gè)基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)。同時(shí)也是為了老師考察電子系同學(xué)們?cè)谇耙粚W(xué)年在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程，傳感器技術(shù)應(yīng)用課程和印刷電路板的設(shè)計(jì)與工藝課程學(xué)習(xí)情況。也是對(duì)電子信息工程系的學(xué)生們動(dòng)手能力的一種鍛煉，及高職院校學(xué)生綜合素質(zhì)的一種培養(yǎng)。
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
本文的主要內(nèi)容是先闡述課題背景、任務(wù)，對(duì)超聲波測(cè)距的可行性進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、以及超聲波在介質(zhì)中的傳播特性等，制作出了超聲波測(cè)距的硬件部分，編寫了相應(yīng)的軟件程序，并進(jìn)行了調(diào)試和試運(yùn)行。在硬件電路的設(shè)計(jì)中，針對(duì)超聲波在傳播時(shí)呈指數(shù)衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅(qū)動(dòng)能力、對(duì)回波進(jìn)行多級(jí)放大等措施，擴(kuò)大了測(cè)量的范圍。在軟件設(shè)計(jì)中，我們采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，將軟件分為超聲波驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理模塊，每個(gè)模塊又由若干小模塊組成。對(duì)軟件的這種處理不但能使軟件的結(jié)構(gòu)清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。
最后給出了試驗(yàn)結(jié)果，分析誤差，提出解決措施。
六、實(shí)驗(yàn)步驟
a.前期準(zhǔn)備
1、畫出超聲波測(cè)距原理圖如下圖所示。
圖3 超聲波測(cè)距原理圖
2、根據(jù)原理圖利用protel dxp 2004軟件 和參加pcb制板實(shí)訓(xùn)制成一塊超波測(cè)距pcb板
篇二：課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)目的
本設(shè)計(jì)利用超聲波傳輸中距離與時(shí)間的關(guān)系，采用STC51單片機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)出能夠精確測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的超聲波測(cè)距儀。同時(shí)了解單片機(jī)各腳的功能，工作方式，計(jì)數(shù)/定時(shí)，I/O口的相關(guān)原理，并鞏固學(xué)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容知識(shí)。
二、設(shè)計(jì)要求
1.設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距儀，能夠用四段數(shù)碼管準(zhǔn)確顯示所測(cè)距離
2.精度小于1CM，測(cè)量距離大于200CM
三、設(shè)計(jì)器材
元器件 數(shù)量
STC51單片機(jī) 1個(gè)
超聲波測(cè)距模塊URF-04 1個(gè)
電阻（1K 200 4.7K）3 個(gè)
晶振（12MHz）1 個(gè)
共陽(yáng)極四位數(shù)碼管1 個(gè)
極性電容（33pF）2 個(gè)
非極性電容（22uF） 1 個(gè)
四、超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理
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，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲測(cè)距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；② 測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的'時(shí)間間隔 t，故被測(cè)距離為 S=1／2vt。本測(cè)量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ�。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系
統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。
超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì): 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時(shí)）。X2是聲波返回的時(shí)刻，X1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定X2-X1=0.03S，則有340m×0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時(shí)間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下：
超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下圖所示：
圖1 測(cè)距原理
圖2 系統(tǒng)框圖
五、設(shè)計(jì)方案及分析（包含設(shè)計(jì)電路圖）
4.1 硬件電路設(shè)計(jì)
4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)與比較
方案一：采用MSP430系列的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有語(yǔ)音處理、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，但考慮到我們小組對(duì)這個(gè)方案采用的微處理器并不熟悉，使用起來(lái)并不是很方便。因此我們決定不再使用此方案，考慮其他方案。
方案二：采用STC51單片機(jī)控制。STC51單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。AT89S52具有以
下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路，能夠滿足題目設(shè)計(jì)的所有要求，而且我們對(duì)STC51單片機(jī)也比較熟悉，因此我們選擇方案二。最小系統(tǒng)電路圖如圖3所示
圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)
4.1.2 顯示模塊設(shè)計(jì)
采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，連接電路簡(jiǎn)單，顯示電路連接圖如圖4所示
圖4 數(shù)碼管顯示電路
4.1.3 超聲波測(cè)距模塊
a.本系統(tǒng)采用超聲波模塊URF04進(jìn)行測(cè)距，該模塊使用直流5V供電，理想條件下測(cè)距可達(dá)500cm，廣泛應(yīng)用于超聲波測(cè)距領(lǐng)域，模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，
盲區(qū)（2cm）超近。
URF-04工作原理簡(jiǎn)述
超聲波測(cè)距原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)給超聲波傳感器模塊一個(gè)觸發(fā)電平，超聲波傳感器的發(fā)射管自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHZ的方波，當(dāng)超聲波檢測(cè)到障礙物時(shí)就會(huì)信號(hào)返回，接收管接收到信號(hào)返回之后，單片機(jī)處理從單片機(jī)發(fā)送信號(hào)到接收到返回信號(hào)這段時(shí)間里超聲波傳感器模塊輸出高電平。這段高電平持續(xù)時(shí)間即為超聲波從發(fā)射到返回的傳播時(shí)間。測(cè)量距離=（高電平持續(xù)時(shí)間*波速）/2。
4.1.4 其他電路設(shè)計(jì)
a.復(fù)位電路
單片機(jī)在RESET端加一個(gè)大于20ms正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位
電路如下：
在系統(tǒng)上電的瞬間，RST與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST電位下降，于是在RST形成一個(gè)正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即RC20ms。一般取R1K，C22uF。當(dāng)人按下按鈕S1時(shí)，使電容C1通過(guò)R1迅速放電，待S1彈起后，C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。R1一般取200。
圖5 復(fù)位電路
b.時(shí)鐘電路
當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇3M~24M，電容選擇30pF
篇三：超聲波測(cè)距儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一．超聲波測(cè)距儀原理
超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波本時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，就成為超聲波接收器。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，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲測(cè)距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；② 測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t，故被測(cè)距離為 S=1／2vt。本測(cè)量電路采用第二種方案。由于超 聲波 的聲速 與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通 過(guò)溫度補(bǔ)償 的方法加以校正。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。
超聲波仿真采用AT89C52，實(shí)際運(yùn)用AT89S52單片機(jī),晶振:11.0592M,單片機(jī)用P1.0口輸出超聲波換能器所需的40KHZ方波信號(hào),利用外中斷1口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào),顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,斷碼用74HC245,位碼用三極管驅(qū)動(dòng)。 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì): 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時(shí)）。X2是聲波返回的`時(shí)刻，X1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定X2-X1=0.03S，則有340m×0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時(shí)間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離，
超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下圖所示：
二． 超聲波測(cè)距儀硬件部分
超聲波學(xué)習(xí)板采用仿真用了AT89C512，實(shí)物用的是或AT89S52單
片機(jī),晶振:11.0592M,單片機(jī)用P1.0口輸出超聲波換能器所需的40KHZ方波信號(hào),利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào),顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,斷碼用74HC245,位碼用三極管驅(qū)動(dòng). 主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。采用AT89S52來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和T40-16系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過(guò)P1.0引腳經(jīng)反相器來(lái)控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測(cè)INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。T1計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。
該測(cè)距裝置是由超聲波傳感器、單片機(jī)、發(fā)射/接收電路和LED 顯示器組成。
傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機(jī)相連接,單片機(jī)的輸 出端與顯示電路輸入端相連接。其時(shí)序圖如圖1-2 所示。
1.單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路
單片機(jī)采用89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的40KHz方波信號(hào)，利用外中斷0口檢測(cè)超聲波接受電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示.
【專業(yè)大學(xué)生超聲波傳感器的實(shí)訓(xùn)報(bào)告】相關(guān)文章：
物流專業(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告09-16
電子專業(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告02-24
建筑專業(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告04-18
物流專業(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告05-10
新聞專業(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告04-12
汽車專業(yè)的實(shí)訓(xùn)報(bào)告11-30
物流專業(yè)的實(shí)訓(xùn)報(bào)告01-23