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第1页2018年春季学期创新研修课程考核（读书报告、研究报告）考核科目：超声波检测技术学生所在院（系）：电子与信息工程学院学生所在学科：电子信息学生姓名学号学生类别：考核结果：阅卷人：第2页超声波检测技术报告题目：超声波测距技术报告本科生：学号：学科：超声波创新研修报告日期：2018.04.13..第3页一．应用背景：超声波是指振动频率高于20kHz的在弹性介质中传播的机械波。在现实生活中，经常要求非接触测量距离，目前，用于非接触测量的方法主要有两大类:一是采用激光测距，另外一种就是采用超声波测距，相对于激光测距来说，超声波测距成本更低。目前，超声波测距广泛应用于机器人避障、车辆的定位、汽车倒车等领域常用方法：常用的超声波检测距离的方法有：时间渡越法、相位检测法和声波幅值检测法。二．拟采用的超声波测距方法及原理：本文以STC89C52单片机为核心，选用HCSＲ04超声波模块设计一款低成本、高精度、能动态显示的超声波测距系统，并且采用DS18B20温度传感器进行温度补偿，本系统能实现的测距范围为:2cm～4m，测量精度为0．3cm，盲区为2cm。方法：时间渡越法常用于测量距离较长，测量精度较高的场合基本超声波测距原理：超声波测距原理图超声波测距原理为发射换能器向外发射超声波同时开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物后反射，接收换能器收到超声波马上停止计时。假设s为发射源与目标障碍物之间的距离(m)，t为发射与接收超声波之间的时间差(s)，v为超声波在空气中的传播速度(m/s)，则被测物体的距离为s=vt/2三．拟采用的测距方法优点和缺点优点：设计的超声波测距系统体积小、成本低、易操作，具有精度高、抗干扰性强等优点，可满足自动控制系统中距离、物位和液位等大多数要求较高的测量环境中的测距要求。其非接触性、防尘防雾等特点被广泛应用一种基于ＳＴＭ３２单片机的超声波测距系统，能实时显示和保存测量数据，也可以设置报警阈值，在３～７５ｃｍ内其精度达到了±１ｍｍ。本文采用的系统可提供2～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到毫米(mm)级。如前面所说超声波测距的方法主要有三种:①相位检测法;②声波幅值检测法;③渡越时间检测法，本文采用的是渡越时间检测法，其系统框图如图1所示。由于超声波的传播速度与温度有关，当对测量精度要求较高时，需要采用温度补偿方法进行校正，本文采用DS18B20温度传感器实时测量温度，c=c0+0．607T式中:c0为0℃时的声波速度，c0=331．4m/s，T为当前环境实际温度。第4页四．整体结构框图：五．软硬件结构：1.系统硬件电路设计1）温度传感器：DS18B20由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，对于测量精度要求比较高的场合，必须要通过温度补偿的方法以减小误差，可以在传播的过程中安装固定的反射板使得测量的距离与温度无关。本系统采用DS18B20温度传感器实时测量环境温度，DS18B20温度传感器具有不受外界干扰、测量范围宽(－55℃～+125℃)、测量精度高等优点，其检测电路如图2所示，P2．2口接DS18B20的数据总线，用来控制DS18B20进行数据传输和温度转换，通过参数配置可以使得DS18B20的测量分辨率达到9～12位;此外，数据总线上接一个4．7～10kΩ的上拉电阻，使得当总线闲置时其状态为高电平。2）超声波模块：本文的超声波测距系统采用STC89C52单片机作温度检测电路为控制器，超声波模块选用HC-SＲ04，超声波模块原理图如图3所示超声波模块通过IO口与单片机连接起来，单片机通过控制口给出至少10μs的高电平触发信号，超声波模块HC-第5页SＲ04自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回，一旦有回响信号，通过IO口输出一高电平，此时，单片机中的计时器打开开始计时，当回响信号变成低电平时关闭计时器。超声波时序图如图4所示，根据计时器记录的时间间隔t可以算出发射点距障碍物的距离。3）显示模块本系统设计采用LCD1602液晶屏，液晶显示屏具有功耗低、体积小等优点，其电路图如图5所示，引脚3接了一个10kΩ的可调电位器，用来实现液晶屏亮度的调节，通过液晶屏的控制线ＲS、Ｒ/W、E分别接单片机STC89C52的P1．0、P1．1、P2．5。2.软件设计：系统软件采用模块化设计，由主程序、温度检测子程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成。图6为系统主程序流程图，主程序完成初始化后，由STC89C52单片机P2．0口发出40kHz的方波，自动检测信号的返回，一旦有信号返回，单片机P2．1口变成高电平，同时开计时器，当P2．1口变成低电平时，关闭计时器，从而可以计算出渡越时间;P2．2口连接DS18B20进行温度测量，算出此温度下超声波的传播速度，单片机再调用计算子程序，即可计算出传感器与被测物之间的距离，测量结果通过LCD1602显示。本文设计的基于STC89C52的超声波测距系统具有结构简单、易于操作等优点，通过LCD1602能实时显示测距数据，由于超声波的传播速度与温度有关，当测量精度要求较高时需要考虑温度对超声波传播速度的影响，而本文采用了DS18B20温度传感器实时测量温度，从而提高了测量精度。测试结果表明，测量精度可以达到0．3cm，盲区为2cm。六．实验超声波技术及其应用报告--第1页