题目

基于单片机的无线超声波测距控制系统的设计

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一、课题的目的及意义

随着科学技术的快速发展，超声波将在各方面应用越来越广。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，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。这就是我设计超声波测距仪的意义。

二、超声波测距的原理

声波在空气中的速度为340米/秒，超声波发射传感器发射超声波束遇到前方物体后反回，由接收传感器接收，利用时间差可以计算出距离．超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，利用超声波的这些特性进行距离检测比较迅速、方便、制作容易价格低廉且测量精度也可达到工业要求。

超声波发生器内部结构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本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：

①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；

②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超 声波 的声速 与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。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。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331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

三、研究方案

单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。

四 课题设计的任务和要求

设计一基于无线控制的超声波测距仪，采用单片机控制，无线模块，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，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。 
      超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用无线及遥控控制，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。

(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)了解无线电路的原理，设计无线电路控制超声波测量的硬件电路

(4).设计出超声波测距仪的硬件结构电路。

(5).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。

(6).以数字的形式显示测量距离。

五、参考文献

[1] 胡萍.超声波测距仪的研制.计算机与现代化，2003.10

[2] 时德刚，刘哗.超声波测距的研究.计算机测量与控制，2002.10

[3] 华兵.MCS-51单片机原理应用［M］.武汉华中科技大学出版社，

[4] 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术［M］.北京航空航天大学出

[5] 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版) ［M］.华中理工大学出版社，1999.4

[6] 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用［M］.哈尔滨工业大学出版社，1999. 6.

[7] 苏长赞.红外线与超声波遥控［M］.人民邮电出版社，1993.7

[8] 张谦琳.超声波检测原理和方法［M］.中国科技大学出版社，

[9] 九州.放大电路实用设计手册［M］.辽宁科学技术出版社，2002.5

[10] 樊昌元，丁义元. 高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，

六、进度计划

11月10日-11月15日   收集资料，定制设计方案。  

11月15日-11月16日  设计开题报告准备实物设计方案。

11月16日-11月20日   撰写论文大纲。

11月20日-11月30日  写论文，调试程序，完成实物

11月30日-12月1日    复查论文，准备答辩

日期请自己修改后才可以交

指导教师签字

时间