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本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：一款超声波测距仪的设计学院：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程1202班学生姓名：王均均指导教师：刘本伟2016年4月10日一款超声波测距仪的设计一、课题研究的目的和意义随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。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基于超声波测距需求的逐年增长，选择专用集成电路来设计超声波测距仪，成本高，且没有显示，操作也不方便。因此结合超声波精确测距的要求，采用STC89C51单片机为核心的低成本、简单实现收发功能、小型化数字显示超声波测距的硬件电路和软件设计方法。通过本次设计掌握超声波测距系统硬件设计方法与软件编写方法，了解设计过程中所涉及的芯片结构、控制原理、硬件及编程等方面知识，加深对现代通信技术课程知识点的理解，提高在应用知识、设计、调试等方面的能力。二、课题研究的主要任务和预期目标1．主要任务及要求（1）设计最小化单片机系统；（2）装焊、调试最小化单片机系统；（3）设计并编程，以构成超声波测距信号发生路；（4）设计并编程，完成超声波信号处理，以实现测距功能；（5）设计并编程，以实现超声波测距结果显示；（6）设计并编程，以实现报警功能；（7）设计并完成系统启动/复位功能。2．预期目标（1）设计相关的硬件电路，编写相应的程序，并能够用液晶显示屏显示出距离；（2）当测试距离小于10cm或大于50cm时报警，且以上两种情况的报警方式需要有明显区别；（3）系统应具备测距启动功能，或当系统警报后，可以复位系统，使其可以开始重新测距。三、设计方案1．设计思想超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。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。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理，单片机(STC89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;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,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路和语音播报电路进行显示及播报。2.方案论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。系统的硬件设计框图：图1系统硬件设计框图利用所学数字电子技术、信号处理、控制等技术，设计、制作并调试完成一个单片机最小化系统。在此基础上，将最小系统与综合实验开发平台上的超声波模块、模块液晶进行正确的连接，使单片机可接收超声波模块输出的距离障碍物超声波模块51单片机系统液晶模块信号，并对其进行合理的处理后，在液晶模块上实时显示超声波模块与障碍物的距离。系统主程序的软件流程图：NY图2系统主程序流程图系统软件设计采用模块化设计，开发环境主要是Keil软件以及汇编语言。主要包括主程序设计、T0中断服务子程序、外部中断服务子程序、距离计算子程序、LED显示子程序设计等。主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约0.1ms，然后才打开外中断0接收返回的超声波信号。测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s，然后再发开始单片机初始化启动定时器发射超声波开始准备接收声波返回关闭定时器读取所计数值超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用C语言编写。系统的主程序流程图如图2所示。3．设计中要解决的主要问题和措施本课题设计的主要内容包括硬件设计和软件设计两部分。通过对超声波测距可行性进行理论分析的基础上，利用计算机、电子技术及超声波在介质中的传播特性，制作出超声波测距的硬件部分，并编写相应的软件程序，进行调试与运行。在其中硬件设计方面，针对超声波在传播时呈指数衰减的特性，采取最大限度提高驱动能力、对回波进行多级放大等方法，扩大测量范围。在软件设计方面，采用模块化程序设计构想，讲软件分为超声波驱动和数据处理两大模块，而每个模块又由若干小模块组成，使其软件结构简单清晰，利于调试与修改。主要问题是超声波测量程序的精确性问题及语音播报的实现问题。四、课题进度安排1、第一周至第三周：熟悉课题、查阅资料2、第四周：对搜集到的资料进行分析3、第五周：完成开题报告，外文翻译4、第六周：设计电路原理图5、第七周到第八周：购买元器件，进行实物的安装6、第九周：学习C语言的编程7、第十周：设计程序8、第十一周：总体调试9、第十二周：方案改进10、第十三周：完成课题研究，写出论文初稿，交指导老师审阅11、第十四周：指导老师返还修改论文，学生完成论文二稿12、第十五周：指导老师进一步指导存在问题的论文13、第十六周：论文定稿，论文的最后版本交指导教师，制作PPT,准备答辩14、第十七周：指导老师审阅论文15、第十八周：学生毕业论文答辩参考文献：[1]高克成.超声物位计现状[J].声学技术，2002,Z1:47～50[2]田静.声学一科学、技术与艺术[M].北京：科学出版社，2002.26～28[3]许天增.超声传输特性和超声传感系统研究.厦门大学学报[J]，2001，40（2）：303～310[4]董子和，李永辉.超声波测距系统的建立及其在汽车防撞系统的应用[J].汽车电器，1997,1:2～3[5]何希才.传感器及其应用电路[M].北京：电子工业出版社，2001.17～18[6]R.Raya,A.Frizera,R.Ceres,etal.Designandevaluationofafastmodel-basedalgorithmforultrasonicrangemeasurements[J].SensorsandActuatorsA:Physical,2008,148(1):335～341[7]耶晓东.超声波测距仪的设计与制作[J].中国科技核心期刊.2008,28（11）:53～55[8]史彦斌,段哲民,高宪军.基于AT89C2051的超声波测距仪设计[J].新技术新仪器，2006,26(1).26～34[9]TiloPfeifera,ManfredBenza,BastianEngelmannaetal.Highprecisionultrasonicon-machinemeasurement[J].aAachenUniversityofTechnology,LaboratoryforMachineToolsandProductionEngineering(WZL),D-52056Aachen,Germany,2006,39(5):409～414[10]TsungNanChou,CatherineWykes.Anintegratedultrasonicsystemfordetection,recognitionandmeasurement[D].DepartmentofManufacturingEngineeringandOperationsManagement,UniversityofNottingham,UK.2000,26(3):179～190[11]卜英勇,王纪婵,赵海鸣.基于单片机的高精度超声波测距系统[J].仪表技术与传感器,2007,2007(3):66～68[12]纪良文,蒋静坪.机器人超声测距数据的采集与处理[J].电子技术应用，2001,2001(4):23～27[13]曹建海,路长厚,韩旭东.基于单片机的超声波液位测量系统[J].仪表技术与传感器,2004,2004（1）:39～40[14]王清池，吴在勋.超声地形障碍检出系统换能器的研制[J].厦门大学学报(自然科学版)，1997,2:27～31[15]奕桂冬.压电换能器和换能器阵列[M].北京：北京大学出版社，1990.31～35[16]SensorReview.Bradford:1993.Vol.13