开题报告书—泊车用超声波测距仪的研制

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毕业设计（论文）

开题报告

题目泊车用超声波测距仪的研制(软、硬件)

毕业设计（论文）开题报告学生：班级：电子信息工程（2）班

一、研究背景

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。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。可用于如汽车倒车提醒、液位、井深、管道长度的测量等场合，也可应用于航海、宇航、石油化工等工业领域。在泊车时可用于倒车，有效避免由于倒车造成的经济损失和人身安全问题。因此

研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。

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的影响，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。然而超声波测距在实际应用中也有很多局限性。由于超声波在传播过程中，声压会随着距离的增大而呈指数规律衰减，远目标的回波信号幅度小、信噪低，用固定阀值的比较器检波回波，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，这必然会影响到检测的准确性。以及超声波脉冲在空气中传播本省有多重的反射路径，均导致回波信号被展宽，也使侧俩个产生较大的误差，影响了测距的分辨率。

二、主要内容

本课题采用单片机控制，超声波测量距离，最终显示距离并声光报警。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、超声波接收电路和声光报警电路等模块。单片机输出超声波换能器所需的方波信号，并监测超声波接收电路输出的返回信号。通过硬件和软件实现各个功能模块。可以有效地解决汽车倒车时避开行人和建筑物等问题，保障人身的安全。

设计要求：

1．两路收发同体的空气超声探头，实现汽车尾部左后和右后1.5米内的障碍物探测。

2．单片机组成的控制电路和超声波发射接收电路

3．距离显示电路和声光报警电路

4．探测距离0.25m—1.5m

5．工作温度-20—60℃

6．测量分辨率1cm，误差小于0.5%

三、设计方案

方案1：

采用锁相环频率合成技术，也可以实现我们所需要的超声波测距仪。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生超声波所需要的频率，在通过信号线将采用锁频率相合成技术得到的频率引到超声波的发射头上，这样就可以实现超声波测距。它的优点就是工作频率可调，也可以达到很高的频率分辨率；缺点是要求使用的滤波器通带可变，实现很困难。

方案2：

由单片机编程产生波形，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的放大、整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。

单片机发出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，然后求出距离S＝cT／2，式中的c 为超声波波速。

波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。其系统原理框图如图所示。

图1 超声波测距系统框图

限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。由于超声波属于声波X围，其波速v与温度有关。以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出显示并声光报警。

综上所述，利用单片机能准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。因此选择第二种设计方案。

四、设计路线

1、超声波测距原理

发射器发出的超声波以速度c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=cT/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c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。

单片机发出信号，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，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，得出距离并显示和声光报警。

图2 超声波测距仪原理框图

2、温度补偿

在超声波测距系统中，影响测量精度的因素很多，包括现场环境干扰、时基脉冲频率等；但环境温度对声速的影响最大，从超声波声速经验公式C=331.4+0.61*T 可以看出，在0—40℃时，声速变化X围为331．4m/s一354．85m/s。以超声波在20℃的室温条件下的声速343．32m/s为基准，其变化率为6．83％。所以温度的影响不能忽略不计。而且在外界上作条件下，比如在夏天的室外，温度往往不止40℃，所以在基于单片机的超声波测距系统中，必须要对温度进行测量和补偿，以避免温度对测量精度的影响。

3、系统的硬件结构设计

控制芯片采用STC89C52单片机。本单片有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，比较适合用于控制。先由单片机产生方波信号控制收发电路，再对接收的数据进行处理、分析，然后，根据分析后的数据进行判断，控制相应的报警提示模块、显示模块。

本设计采用相同的型号超声波接收探头必须与发送探头，超声波信号由单片机产生，驱动超声波换能器发送超声波，途中碰到障碍物就立即返回。否则认

为没有探测到物体。在接收电路中需要对接收到的信号进行放大、滤波、整形和二值化，然后将数字信号传送到单片机中。

显示报警电路由显示和报警两部分电路组成。根据测量计算并通过显示距离，在不同的距离X围内，不同颜色的灯点亮。实现在出现紧急情况下的显示报警功能，以此提醒驾驶员。

4、系统软件的设计

图3 主程序流程图

图4显示子程序框图

五、关键问题

1、超声波信号的接收、发射的设计

2、显示电路设计

3、流程图及硬件的设计

4、超声波测距温度补偿电路的设计

5、系统软件的设计

六、时间安排

1——4周实习并准备开题报告；

5——6周超声波测距原理、系统框图设计；7——10周各个模块电路的设计；11 ——12周软件的设计与调试；13 ——14周软硬件联调，数据分析；15 ——16周整理论文，准备答辩。