超声波与红外线探测技术的测距定位系统解析
?304?计算机测量与控制. 2005. 13（4） Computer Measurement &
Control
收稿日期：2004-11-05；修回日期：2004-12-02。基金项目：本研究属校企联合攻关项目。
作者简介：罗庆生（1956-），男，博士，副教授，博士生副导师，主要从事微小型系统研究、机械创新设计、机电一体化产品设计和机械CAN /CAM 等工作，发表论文130余篇。
韩宝玲（1957-），女，安徽合肥人，博士，教授，硕士生导师。主要从事微机电系统研究、计算机图学教育、机电一体化产品设计等工作，发表论文90余篇。
文章编号：1671-4598（2005）04-0304-03 中图分类号：TP212
文献标识码：A
一种基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统
罗庆生1，韩宝玲2
（1. 北京理工大学机电工程学院，北京100081；2. 北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081）
摘要：为了研制出性能较好、精度较高、结构较简、成本较低的测距定位装置，特采用超声波传感器和红外线传感器组成新型测距定位系统，实现了超声波传感器和红外线传感器的功能互补，克服了单一传感器探测系统的不足，使系统的测距精度和定向精度有了明显提高。同时，系统还采用了单片机控制技术，使其具有良好的扩展性，从而增进了该测距定位系统在工程领域的实用性。
关键词：超声波测距技术；红外线定位技术；测距定位系统
Distance and Azimuth Testing System Based on Ultrasonic
and Infrared Detecting Technology
Luo Qingsheng 1，Han Baoling 2
（1. College of Mechatronics Engineering ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ；2. College of Machine and Vehicle Engineering ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ）
Abstract ：In order to excogitate a measuring distance and confirming orientation device which has preferable performance and reliable precision and concise structure ，we adopt the ultrasonic sensors and infrared sensors to make up of a new measuring distance and confirming orientation system ，thus ，we realize the function expiation between the ultrasonic sensors and the infrared sensors ，and surmount the shortage of the system which has only one kind of sensors ，therefore ，we improve the system ，s precision of measuring distance and confirming orientation markedly. Simultaneity ，the sys-tem adopts the singlechip control technology ，it makes the system possess favorable expansibility ，thereby ，the system gains the practicability in engi-neering field.
Key words ：ultrasonic measuring distance technology ；infrared confirming orientation technology ；measuring distance and confirming orientation system
0 引言
传感器检测技术、无线电通讯技术、计算机控制技术是现代信息技术的三大支柱，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。传感器技术是信息社会的重要技术基础，其品种、性能和质量直接决定了信息技术系统的功能和质量。因此有人说：“征服了传感器就等于征服了科学技术”。由此可见，传感器的开发与运用具有重大的意义。随着现代科学技术的发展，人们对传感器的性能水平及
运用方式提出了更高的要求，而在被人们广泛运用的传感器家族中，超声波传感器和红外线传感器以其优异的性能得到人们的青睐，广泛用于军事、医疗、工业和家电产品。但目前超声波传感器和红外线传感器一般都是单独使用，由于这两种传感器具有功能互补的特点，故而应把这两种传感器综合起来，以制作出功能更全、精度更高、结构更简、成本更低的传感器探测系统。基于上述考虑，本文开展了基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统的研究。
1 测距原理分析
目前，超声波传感器广泛用作测距传感器，常作为一种辅助视觉手段与其他视觉工具（如CC D 图像传感器）配合使用，可有效提高机器的视觉功能。1. 1 超声波发生器
超声波发生器可分为两大类：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。电气类包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械类包括加尔统笛、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，因而用途也有所不同。目前常用的是压电式超声波发生器。图2 超声波发生器内部结构1. 2 压电式超声波发生器工作原理
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，其外观结构与内部结构分别如图1和图2所示［1］
。
图1 超声波发生器外观结构
第4期
罗庆生，等：一种基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统
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该传感器有两个压电晶片和一个共振板，当其两极外加脉冲信号，且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，将迫使压电晶片振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。1. 3 超声波测距原理
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回，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。
2 定位原理分析
由于超声波传感器的波束发散比较严重，当超声波发射点距障碍物较远时，超声波传感器的方向定位精度较差，因而有必要引入其它方法或传感器来改善其性能。经查阅资料得知，红外线传感器可弥补其性能上的不足。红外线具有光束发散小的优点，目前很容易得到光束视角小于5o的红外线传感器。相对于超声波传感器，其定向精度有了很大的提高。而且，还可以采用反应速度较快的红外线传感器（如光导红外传感器，其响应时间达到了微秒级）来消除超声波传感器盲区，提高系统的整体性能。
当红外线反射型传感器接通电源后，即从模块内部的红外线反射管向前方发射红外线，一旦有物体或人体进入其有效探测范围内时，红外线就会有一部分被反射回来，被与发射管同排安装的光敏接收管所接收，光敏接收管的电阻将因此减少，引起与其串连的电阻出现电压变化，由电压比较器处理后，在输出端给出低电平信号，引起单片机中断，从而进行有效控制。
红外线反射型传感器的检测距离与工作电压密切相关。工作电压越高，红外线反射功率越强，检测距离就越远；反之，电压低，检测距离就相对较近。
图3 系统总体框图3 系统总体方案
本文研究目标是利用单片机应用技术及传感器探测技术，开发一套传感器定位测距系统。该系统将采用超声波传感器来测距，采用红外线传感器来定位，其组成框图如图3所示。系统包括四部分：超声波收发部分、红外线收发部分、控制部分和显示部分。控制部分是一个单片机系统，包括信号发射功能、信号判断和分析功能以及控制显示功能。
4 系统硬件设计
4. 1 微控制器单元设计
微控制器单元设计是本系统的核心部分，针对系统要求体积小、功耗低的特点，选用AIMEL 公司的AT89C51。这是一个带有4K 字节闪速可编程可擦除只读存储器的低功耗、高性能的CMO S 8位微控制器，可与工业标准80C51的指令设置和
管脚输出兼容，因而具有较好的实用性［2］
。在选定单片机型
号以后，还需完成以下电路的设计工作。4. 1. 1 复位电路设计
控制系统的复位电路应具有上电复位和手动复位功能。由于复位电路易受噪声干扰，故在设计时，一要保证整个系统可靠复位；二要使之具有一定的抗干扰能力，这可通过以下设计加以保障。
（1）复位电路RC 参数的选择：微控制器的复位脉冲高电平必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz 晶振，则1个机器周期为2μs ，那么复位脉冲宽度最小应为4μs 。在实际应用中，考虑到电源稳定时间、参数漂移、晶振稳定时间以及复位可靠性等因素，必须留有足够的余量。图4是利用RC 充电原理实现上电复位的电路原理图。实践证明，上电瞬间RC 电路充电，RESET 引脚端出现正脉冲。只要RESET 端保持10
μs 以上的高电平，就能使微控制器有效复位［3］
。
图4 复位电路原理图
图5 电源阶跃扰动示意图
应当指出，在图4（a ）所示电路中，非门的最小输入高电平
U' IH =2. 0V ，
因而当充电时间t =0. 6RC ，则充电电压U C =0. 45V CC =0. 45×5V ≈2V ，其中t 为复位时间。由于在该电路中，有R =1k Ω和C =22μF ，则有t
=0.6×103×22×10-6=13ms 。
（2）复位电路的可靠性和抗干扰设计
［4］
：微控制器复位端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏CPU 内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良影响。以图4为例，电源噪声干扰过程如图5所示，其中u 代表噪声源，为了分析方便起见，设u 为阶跃扰动。图5中分别绘出了A 点和B 点的电压扰动波形。
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计算机测量与控制第
4=================================================
期
图6 晶体振荡/陶瓷振荡电路
由图5可以看出，图5（a ）实质上是个低通滤波环节（惯性滞后环节），对于脉宽小于3т的干扰信号有很好的抑制作用；图5（b ）实质上是个高通滤波环节（微分超前环节），对脉冲干扰没有抑制作用。由此可见，对于图4所示的两种复位电路，图5（a ）的抗电源噪声的能力要优于图5（b ）。但为了精简系统电路，在电路系统设计中，还是采用了图5（b ）所示的复位电路。4. 1. 2 振荡器电路设计
晶振设计是单片机系统设计的重要环节之一，通常可用两种方式产生单片机所需的时钟信号。一种为内部方式，主要利用单片机内部的反相器作振荡电路，具体接法如图6所示。该方式利用外接晶体作定时单元。晶体的频率范围在1. 2～
12MHz 之间任选。电阻R S 用来防止晶振被过分驱动。在晶体振荡下，电阻R F ≈10M Ω。图中并联的两个小电容可在5～30pF 之间选择，起频率微调的作用，当V DD >4. 5V 时，建议C 1=C 2≈30pF （C 1为相位调节电容；C 2为增益调节电容）；另一种为外部方式，此方式的时钟源直接来自外部硬件电路（见图7）。对此电路来说，MCS -51系列单片机可使用已集成在片内的振荡器，亦可使用由TTL 门电路构成的简单振荡器电路。由于内部时钟发生器是一个二分频的触发器，所以对外部振荡源要求不严，通常是产生1. 2～12MHz 的方波。当外接振荡器时，外
部振荡信号从XTAL1端，即内部三相波形发生器的输入端输入，XTAL2端可浮空。
图7 外部晶体振荡电路
图7所示为一种典型的外部并行谐振振荡电路。该电路主要应用晶体的基频来设计。其中，74AS04反相器用来实现振荡器所需的180o相移，4. 7k Ω的电阻用来提供负反馈给反相器，10k Ω的电位器则用来提供偏压，从而使反相器74AS04
工作在线性范围内［5］。
图8 外部串行谐振振荡电路
图8所示为一种典型的外部串行谐振振荡电路。该电路也是应用晶体的基频来设计。其中，74AS04反相器用来提供振荡器所需的180o相移，330Ω的电阻用来提供负反馈，同时偏置电压。4. 1. 3 RC 振荡
RC 振荡适合于对时间精度要求不高的低成本应用。RC 振
荡频率随电源电压V DD 、RC 值及工作环境温度的变化而变化。由于工艺参数的差异，对不同芯片而言其振荡器频率将有所不同。另外，当外接电容C EXT 值较小时，对振荡器频率的影响更大。同时，电阻电容本身的容差对振荡器频率也有影响。图9所示为RC 振荡电路，如果R EXT 低于2. 2k Ω，振荡器将处于不稳定工作状态，甚至停振。而R EXT 大于1M Ω时，振荡器又易受噪声、湿度、漏电流的干扰。因此，电阻R EXT 取值最好在3～100k Ω范围内。在不接外部电容时，振荡器仍可工作，但为了抗干扰及保证稳定性，建议接一20pF 以上的电容。
图9 RC 振荡电路
本系统选取晶体振荡器作为微控制器的时钟输入，并选取6MHz 时钟频率作为系统时钟周期，既可以满足系统频率的要求，又可以克服阻容振荡器精度不足的缺点，是一种较为适宜的设计选择。4. 2 系统电路设计
在本测距定位系统中，系统电路可分成三部分，一是超声波发射与接收电路部分；二是红外线产生与接收电路部分；三是显示电路部分，具体设计思路及设计结果如下：4. 2. 1 超声波发射与接收电路
图10所示为超声波发射电路。在该电路中，通过输入引脚p1. 0来控制超声波，并经超声波发射头Tx 发射出去；图11所示为超声波接收放大电路。在该电路中，先通过接收头Rx 接收超声波，然后经两级放大器把信号放大60dB ，再输送给超声波检波电路。
图10 超声波发射电路图11 超声波接收放大电路
图12 超声波检波电路
（下转第334页）
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计算机测量与控制
第4=================================================
期
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（上接第306页）
图13 经外线发射电路图14 红外线接收电路图15 系统显示电路
图16 系统程序框图
图12所示为超声波检波电路。在该电路中，超声波脉冲信号被整流为正相信号（经测试，该正相信号近似于直流信号），此正相信号转入电路中的电压比较器，引起比较器输出脚（即单片机的INT0脚）电压跳变，由此即可判断是否有回波信号存在。
4. 2. 2 红外线产生与接收电路
［2］
图13所示为红外线发射电路。在该电路中，红外线传感器通过IN 引脚输入接收到的信号，当三极管的基极有电流时，三极管导通，从而有电流从位于发射极的红外二极管流过，激发出红外线。图14所示为红外线接收电路。在该电路中，当接收到反射红外线信号时，光敏二极管的电阻将被降低，输入到电压比较器负端的电压将被升高，从而使比较器的输出端输出低电平，并通过发光二极管的熄灭显示出来，由此可判断前方是否有障碍物。4. 2. 3 显示电路
单片机接收到前面两部分电路反馈回来的信息并经过相应算法的处理后，得出前方物体的距离与方向等信息，一方面
可以控制相应的被控对象进行相应的动作，另一方面可以通过LED 显示相应的距离。本设计采用动态显示，以节省单片机的输出管脚，有利于简化系统，具体电路如图15所示。
5 系统软件设计
系统工作时首先启动红外线传感器进行探测，当检测到有障碍物存在时，再启动超声波传感器进行测距，然后通过LED 进行显示。如果检测到的物体在超声波传感器的测量盲区内，则根据红外线传感器的响应情况对
距离进行估计显示。对应上述功能的程序框图如图16所示。
6 结语
本文采用超声波传感器和红外线传感器组成综合测
距定位系统，克服了由单一传感器所构成探测系统的不足，同时具备了超声波传感器和红外线传感器探测的优点，能够比较精确地测距和定向。同时，系统还采用了单片机控制技术，使系统具有良好的扩展性和实用性。
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人员定位系统技术方案
招远市黄金矿业工程有限责任公司矿用人员定位管理系统 目录
一、矿山基本情况 一、矿区概况 二、公司资质证书 见附件： 三、技术文件 第一节、概述 1.1背景和需求 煤矿安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。通过不断的努力，近一时期煤矿安全生产状况总体上趋于稳定好转，但由于基础薄弱等种种原因，煤矿安全生产状况仍然不容乐观。如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化也成为所有煤矿企业关心的问题，因此建立以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。 1.2系统简述 （1）本系统是运用高科技手段开发研制。系统的核心识别设备采用了具有国际先进水平的微波技术，该技术采用了当今最先进的0.18uM的微波芯片技术，使产品的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短、防冲突能力差的致命弱点。 （2）系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据矿用人员管理系统所提供的数据、图形，迅速
了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。 （3）系统是集井下人员考勤、跟踪定位、井下信息发布、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统,集合了国内识别技术、传输技术、软件技术等最顶尖的产品和技术，是目前国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下人员定位系统。这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。 1.3基本原理 1.3.1 系统应用原理说明 系统应由主机、传输接口、本安型读卡分站、识别卡、矿用隔爆兼本质安全型电源箱、电缆、接线盒、避雷器和其他必要设备组成。在井下主要巷道、交叉道口、必经之路等重要位置安装无线读卡分站，下井人员携带识别卡，识别卡能发射信号，当识别卡在接收器一定范围内时，读卡分站接收到识别卡发出的信号，将信号进行分析、处理，并把信号发送到地面，地面信号传输接口把信号进行转换，交给主机进行处理，从而实现目标的自动化管理。 识别卡具有双向通讯功能，当矿工遇到紧急事件时，可以按下紧急求救按钮，地面监控主机就会显示出求救人员的信息（包括在那个位置及人员情况），矿方可以在第一时间组织人员经行抢救及处理。 调度室综合所有安全因素，如果遇到大的问题，需要井下人员进行紧急撤离，可以向井下某人（或某地区人员）（或者全部人员）发出撤离命令，在第一时间保证人的安全。 管理者可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。中心站主机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表，作为工资发放的依据。同时全方位监控井下人员分布情况。 1.3.2 系统应用原理图 （一）设计原则 鉴于煤矿井下人员管理系统的重要性，我们以科学的方法、严谨的态度，认真对系统仔细的分析，力求达到系统设计的先进性、可靠性、实用性和可扩展性。
超声波测距文献综述
超声波测距系统的电路设计 0712203-33 黄景 摘要：介绍一种基于单片机控制的三路超声测距系统的构成和工作原理，超声波测距作为辅助视觉系统与其他视觉统配合使用，可实现整个视觉功能。 关键词：机器人超声波测距单片机串行通讯数据采集 前言：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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。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，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。 正文： 1.超声波测距原理 1.1 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、磁致伸缩型和电动型等；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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 1.2 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。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。 1.3 超声波测距原理 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
超声波测距技术综述
文献综述 题目超声波测距技术综述学生姓名 专业班级 学号 院（系）电气信息工程学院指导教师 完成时间2014 年06月01日
超声波测距技术综述 摘要 我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。 关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量
1 引言 1.1 超声波简介 一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距仪，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和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。 超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、
超声波测距仪外文翻译
H8/300L超声波测距仪 （原文出处：https://www.360docs.net/doc/de9868565.html,第1页-第15页） 介绍 该应用说明介绍了一种使用H8/38024 SLP MCU的测距仪。由单片机产生40KHz 方波，通过超声波传感器发射出去。反射的超声波被另外一个传感器接收。有效距离为6cm到200cm。 1.理论 1.1概况 在这篇应用说明中，H8/38024F微处理器是作为目标设备被使用的。由于简单的可移植性，超声波测距仪使用的软件为C语言。 超声波是频率高于可听音的一切高于20kHz的声波。用于医疗诊断和影像的超声波，频率延长和超过了10兆赫兹，高的频率有短的波长，这使得超声波从物体反射回来更容易。不幸的是，极高的频率难以产生和测量。对超声波的检测与测量主要是通过压电式接收机进行的。 超音波普遍应用于防盗系统、运动探测器和车载测距仪。其他应用包括医疗诊断(人体成像)，清洁(去除油脂和污垢)，流量计(利用多普勒效应)，非破坏性试验(检测材料缺陷)，焊接等各个方面。 1.2软件实施 距离的计算要测量超声波传感器接收到回波的时间。理想的被测对象应该有一个大的面积而且不吸收超声波。 在这个应用说明中使用了38024f的CPU电路板。图1展示超声波测距仪的工作原理，tmofh (脚63 )是用来传送0.5ms的40kHz的超声波，irq0 ( pin72 ) 是用来探测 - 1 -
反射波的。发送超声波后，计时器C开始追踪Timer Counter C (TCC)的计数数目，以计算物体的距离。 图1.测距仪工作原理 1.2.1 发射超声波 定时器F是一个具有内置式输出比较功能16位计数器，它还可以用来作为两个独立的8位定时器FH和FL，这里，定时器F是作为两个独立的8位定时器使用。计时器的FL被初始化为产生中断，而FH在比较匹配发生时触发了tmofh的输出电平。 表1 计时器F的时钟选择 对于为定时器的FL，选定内部时钟?/32。输出比较寄存器FL装载数据初值为 - 2 -
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，
超声波测距仪外文资料翻译
Ultrasonic distance meter Document Type and Number:United States Patent 5442592 Abstract:An ultrasonic distance meter cancels out the effects of temperature and humidity variations by including a measuring unit and a reference unit. In each of the units, a repetitive series of pulses is generated, each having a repetition rate directly related to the respective distance between an electroacoustic transmitter and an electroacoustic receiver. The pulse trains are provided to respective counters, and the ratio of the counter outputs is utilized to determine the distance being measured. A.BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to apparatus for the measurement of distance and, more particularly, to such apparatus which transmits ultrasonic waves between two points. Precision machine tools must be calibrated. In the past, this has been accomplished utilizing mechanical devices such as calipers, micrometers, and the like. However, the use of such devices does not readily lend itself to automation techniques. It is known that the distance between two points can be determined by measuring the propagation time of a wave travelling between those two points. One such type of wave is an ultrasonic, or acoustic, wave. When an ultrasonic wave travels between two points, the distance between the two points can be measured by multiplying the transit time of the wave by the wave velocity in the medium separating the two
煤矿人员定位系统规划设计
郑煤集团（登封）教学二矿矿井人员定位系统 设 计 方 案 编制单位：郑煤集团（登封）教学二矿 编制时间：二0一0年十一月
郑煤集团（登封）教学二矿矿井人员定位系统设计方案说明书 生产规模：45万吨/年 矿长：李同河 技术负责人：刘建军 编写：匡久刘超峰李海军 会审：李同河刘建军郑勤峰邵吉利王俊营 编写单位：郑煤集团（登封）教学二矿 编写时间：二0一0年十一月
教学二矿人员定位系统设计方案 根据国家安全监管总局【2010】146号，关于《建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》文件要求和河南省、郑煤集团有关文件精神，完善井下安全避险“六大系统”，进步一提高我矿安全生产保障能力，结合我矿实际，特编制人员定位系统设计方案： 一、煤矿人员监控工程设计编制依据 1、AQ6201——2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》 AQ6210——2007《煤矿井下作业人员位置监测与管理系统通用技术条件》 2、AQ1018 ----2007《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》 3、《煤矿安全规程》2010年版 4、国家安全监管总局国家煤矿安监局关于《建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》（安监总煤装【2010】146号） 5、《教学二矿井下安全避险“六大系统”实施方案》 二、组织领导机构 成立人员定位系统管理领导组： 组长：李同河 副组长：刘建军、郑勤峰 成员：邵吉利、王俊营、匡久、孙坤东、王克勋、徐少歌、卢付臣 办公室设在综合调度室，综合调度室主任负责做好人员定位系统专项设计等日常工作。 三、人员管理系统组成 人员管理系统主要由监控计算机、系统软件、人员定位分站、人
基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文
基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
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。
激光测距仪外文翻译
Laser rangefinder A long range laser rangefinder is capable of measuring distance up to 20 km; mounted on a tripod with an angular mount. The resulting system also provides azimuth and elevation measurements. A laser rangefinder is a device which uses a laser beam to determine the distance to an object. The most common form of laser rangefinder operates on the time of flight principle by sending a laser pulse in a narrow beam towards the object and measuring the time taken by the pulse to be reflected off the target and returned to the sender. Due to the high speed of light, this technique is not appropriate for high precision sub-millimeter measurements, where triangulation and other techniques are often used. Pulse The pulse may be coded to reduce the chance that the rangefinder can be jammed. It is possible to use Doppler effect techniques to judge whether the object is moving towards or away from the rangefinder, and if so how fast. Precision The precision of the instrument is determined by the rise or fall time of the laser pulse and the speed of the receiver. One that uses very sharp laser pulses and has a very fast detector can range an object to within a few millimeters. Range Despite the beam being narrow, it will eventually spread over long distances due to the divergence of the laser beam, as well as due to scintillation and beam wander effects, caused by the presence of air bubbles in the air acting as lenses ranging in size from microscopic to roughly half the height of the laser beam's path above the earth. These atmospheric distortions coupled with the divergence of the laser itself and with transverse winds that serve to push the atmospheric heat bubbles laterally may combine to make it difficult to get an accurate reading of the distance of an object, say, beneath some trees or behind bushes, or even over long distances of more than 1 km in open and unobscured desert terrain. Some of the laser light might reflect off leaves or branches which are closer than
人员定位系统管理的设计方案
kJ128矿用人员监测系统 设 计 方 案 设计： 审核： 批准： 2013年7月4日
前言 χχχ矿位于χχχ，设计年生产能力为100万吨，采用χχχ井开采，矿井工业广场面积χχχ亩，因矿井生产需要，现建立KJ128矿用人员监测系统。 根据根据煤炭行业标准GB3836-2000和新版《煤矿安全规程》规定,结合χχχ矿的实际情况和具体需求，本着先进性、经济性、可靠性和可拓展性的原则，制定本方案。
目录 第一部分产品概述................................................................... 错误!未定义书签。 一、公司及产品介绍............................................................. 错误!未定义书签。 二、系统功能介绍 (4) 2.1系统功能框图 (4) 2.2 特点及功能 (5) 2.3 主要电气性能 (6) 三KJ73型矿用无线接收分站 (6) 3．1 用途 (7) 3．2 工作原理 (7) 3．3 分站结构 (7) 3.4 使用方法 (8) 四 KGE32矿用发码器 (8) 4．1 用途 (8) 4.2 组成及工作原理 (9) 4.3 主要特点及功能 (9) 4.4 主要电气性能 (9) 4.5 环境条件 (9) 4.6 结构 (10) 4.7 使用方法和注意事项 (10) 五系统管理软件 (10) 5.1信息管理 (11) 5.2考勤管理 (12) 5.3系统设置 (18) 第二部分工程设计方案 (20) 一 kj128矿用人员监测系统综合设计说明 (20) 1.1χχχ现状 (20) 1.2. 系统设置 (20) 二具体案例讲析 (21) 第三部分附录.......................................................................... 错误!未定义书签。 表1：三恒产品的使用业绩.................................................. 错误!未定义书签。
【免费下载】超声波测距 文献综述
超声测距系统设计综述 摘要：超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已 应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此， 深入研究超声的测距理论和方法具有重要的实践意义。 系统介绍了硬件和软件两个方面。在硬件方面，围绕单片机展开，设计了具有通信、预处 理等接口的硬件电路，完成对回波数据的采集、处理、上传等功能，并利用单片机片内的温度 传感器采集环境温度，对声速做出修正；在软件方面，利用Matlab仿真工具构造发射信号和回 波数据对互相关时延估计法、伪随机码扩频测距和LMS自适应时延估计算法进行仿真，分析了仿真结果和上述算法的优缺点，最后选定互相关时延估计法为超声测距处理算法。 关键词：超声波、测距仪、单片机 1.前言 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，在车辆自动导航、机器入的定位和对象识别、海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。 相位差法与脉冲回波法的不同体现在对回波的处理方式上，由超声波换能器接收端获得调制声波的回波，经放大电路转换后，得到与放大的相位完全相同的电信号，此电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测相位差就可算得所测距离。由于采用的是相位比较，使得测距精确度大大提高，但这种方法本身存在明显的缺陷。由于相位测量存在以2n为周期的多值解，从而容易造成解的不确定性。为了消除多解，常常需要引入包络检测和采用发射多种不同频率波的方式减小不确定度，这就使得该方法的实现复杂化。 2.系统方案比较与选择 2.1利用分立模块的超声波测距仪
外文文献及翻译_Ultrasonic distance meter
毕业设计(论文)外文资料翻译 系 （院 ）：电子与电气工程学院 专 业：测控技术与仪器 姓 名： 学 号： 外文出处：United States Patent 5442592 (用外文写) 附件：1.外文资料翻译译文； 2.外文原文。
指导教师评语： 所选内容与课题相关，对课题设计参考具有一定价值；翻译具有一定难度，工作量适中；译文基本正确，语句通顺，但也存在部分错误。 总体评价：良 签名： 2012 年 3 月 15 日注：请将该封面与附件装订成册。
附件1：外文资料翻译译文 超声波测距仪 文件类型和数目：美国专利5442592 摘要：提出了一种可以抵消温度的影响和湿度的变化的新型超声波测距仪，包括测量单元和参考资料。在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。该脉冲序列提供给各自的计数器，计数器的产出的比率，是用来确定被测量的距离。 出版日期：1995年8月15日 主审查员：罗保.伊恩j. 一、背景发明 本发明涉及到仪器的测量距离，最主要的是，这种仪器，其中两点之间传输超声波。精密机床必须校准。在过去，这已经利用机械设备来完成，如卡钳，微米尺等。不过，使用这种装置并不利于本身的自动化技术发展。据了解，两点之间的距离可以通过测量两点之间的行波传播时间的决定。这样的一个波浪型是一种超声波，或声波。当超声波在两点之间通过时，两点之间的距离可以由波的速度乘以测量得到的在分离的两点中波中转的时间。因此，本发明提供仪器利用超声波来精确测量两点之间的距离对象。 当任意两点之间的介质是空气时，声音的速度取决于温度和空气的相对湿度。因此，它是进一步的研究对象，本次的发明，提供的是独立于温度和湿度的变化的新型仪器。 二、综述发明 这项距离测量仪器发明是根据上述的一些条件和额外的一些基础原则完成的，其中包括一个参考单位和测量单位。参考和测量单位是相同的，每个包括一个超声波发射机和一个接收机。间隔发射器和接收器的参考值是一个固定的参考距离，而间距之间的发射机和接收机的测量单位是有最小距离来衡量的。在每一个单位，发射器和接收器耦合的一个反馈回路，它会导致发射器产生超声脉冲，这是由接收器和接收到一个电脉冲然后被反馈到发射机转换，从而使重复系列脉冲的结果。重复
文献综述
* *大学 毕业设计(论文)综述报告 题目超声波测距仪的设计 学院名称机械工程学院 指导教师00000000 职称讲师 班级00000000 学号 00000000000 学生姓名* * 2012年1月12日
1.本设计（课题）研究的目的和意义 在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。超声波是指频率大于20 kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。 2. 本设计（课题）国内外研究历史与现状 近十年来，国内科研人员在超声波回波信号处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究，并针对超声测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。 1．超声波回波信号处理方法 超声波测距中，超声波回波处理方法的优劣，直接关系到回波前沿的定位精度和渡越时间的测量精度，进而决定着超声波探测定位系统的精度和反应速度。近年来，童峰、Yang Yichun、程晓亮等先后在该方面做了大量研究。 童峰等提出最小均方自适应时延估计(LMSTDE)的算法。该算法消去了实际换能器与理想换能器的频率特性差，消除了信道由于斜向入射产生的传递特性对输出信号产生的影响，使整个系统保持平坦的频率响应，且输出均方误差最小。但该算法计算量太大，特别在自适应滤波器的阶数较高时，计算量会明显增加。 Yang Yichun 等针对传统相关计算法在信号的采样频率很低时计算得出的相关函数分辨率低这一不足，提出了基于修正的线性调频变换和相关峰细化原理的精确时延估计快速算法，精确计算相关函数的峰，使得低采样信号的时延估计精度得以提高，并且不受采样率的限制。程晓畅等针对常规相关峰插值方法在多倍插值的情况下，计算复杂、时延估计精度差等缺陷,结合超声回波信号的窄带通特性和相关峰细化原理,提出了直接提取相关函数包络和包络峰细化的算法,并分析了计算复杂度；并且还针对超声波换能器的带宽特性和单脉冲回波特性，对M 序列参数设计方法进行分析。他们借鉴雷达信号处理中的脉冲压缩技术，提出了基于FFT 的伪随机码包络相关快速时延估计的算法，将信号解调与匹配相关融合，减少了计算量。这三种算法均属于互相关函数算法，与传统互相关函数算法相比，它们均在提高时延估计精度的同时，避免了计算量的大幅增加。 卜英勇等根据回波信号的传输特征，利用小波分析法对回波信号进行运算处理，提出了基于小波包络原理的峰值监测方法。小波分析法是一种针对信号的时间-尺度(时间-频率)进行分析的方法，可以获得平滑、有效的回波包络曲线,进而利用峰值检测法确定回波前沿的到达时刻，具有高分辨率的优点。 目前，国内学者对超声波回波信号处理算法的研究已经日渐成熟，但其作为超声波探测定位的关键技术，仍将是一个重要的研究方向。 2．新型超声波换能器研发 随着超声波回波信号处理方法的不断完善，如何研发新型、高性能超声波换能器以进一步拓宽超声波测距的应用空间，作为解决超声波测距系统不足的根本手段，越来越受到国内学者关注。 通过对以Vmos 场效应管为开关元件的超声波发射电路进行分析，马庆云等发现激励脉冲宽度对超声波换能器的发射功率影响极大，换能器取得最大发射功率所对应的激励脉冲宽度为其谐振周期的一半。该分析结果对新型超声波换能器的发射电路的设计具有一定的指导作用。针对传统连续调频超声波系统需要使用宽带超声传感器的不足，李希胜等提出了一种
超声波测距原理概述
基于51单片机的超声波测距系统 贾源 完成日期：2011年2月22日
目录 一、设计任务和性能指标 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2性能指标 (2) 二、超声波测距原理概述 (3) 2.1超声波传感器 (4) 2.1.1超声波发生器 (4) 2.1.2压电式超声波发生器原理 (4) 2.1.3单片机超声波测距系统构成 (4) 三、设计方案 (5) 3.1AT89C2051单片机 (6) 3.2超声波测距系统构成 (7) 3.2.1超声波测距单片机系统 (8) 图3-1：超声波测距单片机系统 (8) 3.2.2超声波发射、接收电路 (8) 图3-1：超声波测距发送接收单元 (9) 3.2.3显示电路 (9) 四.系统软件设计 (10) 4.1主程序设计 (10) 4.2超声波测距子程序 (11) 4.3超声波测距程序流程图 (12) 4.4超声波测距程子序流程图 (13) 五.调试及性能分析 (13) 5.1调试步骤 (13) 5.2性能分析 (14) 六.心得体会 (14) 参考文献 (15) 附录一超声波测系统原理图 (17) 附录二超声波测系统原理图安装图 (18) 附录三超声波测系统原理图PCB图 (19) 附录四超声波测系统原理图C语言原程序 (20) 参考文献 (25)
一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器，用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。 要求用Protel 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。 测距范围：25CM到 250CM之间。误差：1%。
超声波测距系统(论文)正文、结论、参考文献等(1)
1 绪论 1.1 超声波技术的广泛应用 超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。 材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。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。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。 超声波方法在某些方面具有突出的优点： （1）超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)； （2）对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。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。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 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。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，