超声波测距仪设计实验报告2.doc

超声波测距仪设计实验报告 - 1 - xx大学电子信息学院综合设计实验之超声波测距仪的设计与实现 实验目的 一、1）了解超声波发生器原理以及超声波测距原理； 2）根据超声波测距原理，设计超声波测距仪硬件电路； 3）熟悉PCB板的设计与制作； 4）熟悉基于单片机或嵌入式系统的开发编程； 5）熟悉电路的综合调试。 二、实验内容 1）认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系统框图； 2）决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和PCB板设计与制作； 3）设计制作或购买单元模块并对各单元模块进行调试与验证； 4）将单元电路及相关零散电子元件整合到PCB板上并进行整体调试； 5）完成原理图设计和硬件制作； 6）编写程序和整体调试电路； 7）完成实验报告，将设计制作成果以及报告交给老师验收。 三、实验原理 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。超声波测距仪就是以超声波作为测量工具的一种仪器。本实验的超声波测距仪主要由超声波收发装置、单片机、测温装置、语音报警装置、LCD显示等几部分组成。系统测量距离的原理是利用单片机控制超声波收发模块发出40khz的方波串，自动检测接收端能否收到超声波在遇到障碍物后反射回来的回波，反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定产生锁定信号启动单片机中断程序，得到时间T。超声波在空气中的传播速0C (m/s))，度与温度有关(C=331.5+0.607*T/因而在检测是否能收到回波的同时还要通过温度传感器检测环境温度。单片机利用超声波收发装置返回的超声波传输时间和温度传感器返回的温度系数利用给定的算法（S=(C*T)/2）在单片机程序的控制下得出超声波传输的距离同时在LCD上显示距离和温度，当检测到的距离低于给定范围时单片机就会控制超限报警装置报警。 （一）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。它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，利用逆压电效应产生超声波。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，利用正压电效应将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 - 1 - - 2 - xx大学电子信息学院综合设计实验之超声波测距仪的设计与实现 （二）超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，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。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。超声波在空气中的传播速度为C,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0C (m/s)，从超声波特性可知：超声波在空气中的传播速度与温度相关C=331.5+0.607t/S=(C*T)/2.如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，典型的环境温度与超声波的传播速度的关系为： 温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 386 称）313 338 319 349 325 344 323 声速（米/ （三）AT89C51单片机 AT89C51是一种带4K字节flash存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。 AT89C51有以下特点：4K字节flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个16定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两