超声波测距器课程设计
超声波测距课程设计
超声波测距课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握超声波测距的基本原理和方法，能够运用超声波测距技术解决实际问题。
具体来说，知识目标包括：了解超声波的基本特性；掌握超声波发射、接收和反射的原理；理解超声波测距的数学模型。
技能目标包括：能够使用超声波测距仪器进行测量；能够根据测量数据计算距离；能够分析测量结果的误差和可靠性。
情感态度价值观目标包括：培养学生的科学探究精神；培养学生的团队合作能力；使学生认识到超声波技术在生产和生活中的应用和价值。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括三个部分：超声波的基本概念、超声波测距的原理和超声波测距的应用。
首先，介绍超声波的定义、特点和应用领域；其次，讲解超声波测距的原理，包括发射、接收和反射的过程；最后，介绍超声波测距在生产和生活中的应用案例。
三、教学方法为了实现教学目标，本节课采用多种教学方法相结合的方式。
首先，运用讲授法，清晰地讲解超声波的基本概念和测距原理；其次，采用讨论法，引导学生分组讨论超声波测距的应用场景，增强学生的参与感和合作意识；再次，利用实验法，让学生亲自动手操作超声波测距仪器，提高学生的实践能力；最后，运用案例分析法，分析实际案例中超声波测距技术的应用，帮助学生将理论知识与实际应用相结合。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课准备了丰富的教学资源。
教材方面，选用《物理》课本中关于超声波测距的相关章节；参考书方面，推荐学生阅读《超声波技术与应用》等书籍；多媒体资料方面，准备了一些关于超声波测距的实验视频和动画演示；实验设备方面，准备了超声波测距仪器、计算机等设备，以便学生进行实际操作和数据处理。
通过这些教学资源，旨在丰富学生的学习体验，提高教学效果。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本节课采用多元化的评估方式。
首先，通过课堂讨论、提问等形式的平时表现评估，考查学生的参与度和理解程度；其次，通过作业评估，检验学生对超声波测距原理和应用的掌握情况；最后，通过课后实验报告和考试，评估学生的实践操作能力和理论知识的运用水平。
超声波测距离课程设计
超声波测距离课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解超声波的基本概念，理解超声波测距的原理；2. 掌握超声波测距的公式及其在实际应用中的计算方法；3. 了解超声波测距仪器的构造、功能及使用方法。
技能目标：1. 培养学生动手操作超声波测距仪器的技能，能熟练进行距离测量；2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，能根据测量数据进行分析和计算；3. 培养学生通过团队合作，进行超声波测距实验的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性；3. 培养学生将物理知识应用于实际生活的意识，增强实践操作能力。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，旨在让学生通过实际操作，深入理解超声波测距的原理和实际应用。
学生特点：学生具备一定的物理基础知识，对实验操作感兴趣，但可能对超声波相关知识较为陌生。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调实验操作技能的培养，引导学生运用所学知识解决实际问题。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 超声波基本概念及其传播特性；- 超声波测距原理及公式推导；- 超声波测距仪器的构造、功能及使用方法。
参考教材章节：第五章“声现象”第3节“超声波及其应用”。
2. 实践操作：- 超声波测距仪器的操作步骤；- 实际距离测量及数据记录；- 数据分析及计算方法。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：导入超声波基本概念，讲解超声波传播特性，介绍测距原理；- 第二课时：推导超声波测距公式，讲解测距仪器的构造及使用方法；- 第三课时：分组进行实践操作，学生动手测量距离，记录数据；- 第四课时：分析测量数据，总结实验结果，讨论实际应用。
教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，使学生在掌握基础知识的同时，提高实践操作能力。
教学进度安排合理，确保学生充分消化吸收所学内容。
课程设计实验报告-超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一、设计目的本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。
同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。
二、设计要求1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离2.精度小于1CM，测量距离大于200CM三、设计器材元器件数量STC51单片机 1个超声波测距模块URF-04 1个电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个晶振〔12MHz〕 1 个共阳极四位数码管 1 个极性电容〔33pF〕 2 个非极性电容〔22uF〕 1 个四、超声波测距系统原理331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以到达毫米级。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15℃时〕。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，那么有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：图1 测距原理超声波测距器的系统框图如下列图所示：图2 系统框图五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕4.1硬件电路设计4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟方案二：采用STC51单片机控制。
STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。
最小系统电路图如图3所示图3 单片机最小系统显示模块设计采用四位共阳极数码管显示，连接电路简单，显示电路连接图如图4所示图4 数码管显示电路超声波测距模块a.本系统采用超声波模块URF04进行测距，该模块使用直流5V供电，理想条件下测距可达500cm，广泛应用于超声波测距领域，模块性能稳定，测度距离精确，盲区〔2cm〕超近。
超声波测距课程设计
目录.、八、-刖言1课题设计目的及意义-------------------------------- 11.1设计的目的------------------------------------- 11.2设计的意义------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求正文1课程的方案设计---------------------------------- 21.1系统整体方案----------------------------------- 21.2系统整体方案的论证------------------------------- 22 系统的硬件结构设计-------------------------------- 22.1 51系列单片机的功能特点及测距原理----------------------- 32.1.1 51 系列单片机的功能特点-------------------------- 32.1.2单片机实现测距原理----------------------------- 32.2超声波电路结构---------------------------------- 42.3超声波测距系统的硬件电路设计------------------------- 42.4 PCB版图设计---------------------------------- 53系统软件的设计-----------3.1超声波测距仪的算法设计-3.2主程序流程图--------------3.3单片机部分C语言程序 -----3.4超声波测距部分C语言程序4实物制作------------------------------------- 174.1电路板焊接及连线图------------------------------- 174.2实物调试效果图---------------------------------- 184.3焊接电路板时所遇问题------------------------------ 195总结--------------------------------------- 6致谢-------------------------------------2020 --- 6-——77-----8——11附录20、八、亠刖言1课题设计目的及意义1.1设计的目的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。
超声波测距器课程设计
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误差分析：对测量结果的影响及误 差范围
实验与测试：通过实验数据验证误 差分析及优化效果
总结与展望
课程设计总结
超声波测距原理： 介绍了超声波测距 的基本原理和实现 方法。
系统设计：详细阐述 了超声波测距器的系 统设计，包括硬件和 软件的设计方案。
实验结果：展示了实 验数据和结果，验证 了超声波测距器的准 确性和可靠性。
测试方案与步骤
测试环境搭建：确保 测试环境符合要求， 包括超声波测距器、 接收器、信号发生器 等设备的连接和调试。
据处理与分析：对 测试数据进行处理和 分析，评估超声波测 距器的性能和精度。
测试结果总结：根据 测试结果，对超声波 测距器的性能和精度 进行总结和评价。
信号转换：将模拟 信号转换为数字信 号，便于处理和传 输
显示模块设计
显示模块的作用：实时显示测量距 离和测量结果
显示模块的接口：与主控板相连， 接收主控板的信号并显示
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显示模块的组成：LED显示屏、驱 动芯片和排线
显示模块的设计要点：考虑显示效 果、功耗和稳定性等方面的要求
测试结果分析
测试环境：详细描述测试的环 境、设备、条件等
测试过程：简述测试的具体步 骤和操作流程
测试数据：记录和分析测试过 程中的各项数据和结果
结果分析：对测试数据进行分 析和解释，得出结论和经验教 训
误差分析与优化
误差来源：设备精度、环境因素、 操作不当等
优化方法：提高设备精度、改进测 量方法、加强操作规范等
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汇报人：
超声波测距器软 件设计
超声波测距课程设计
目录前言1课题设计目的及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计的目的----------------------------------------------------- 1 1.2设计的意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求------------------------------------------- 1正文1 课程的方案设计-------------------------------------------------2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证-------------------------------------------- 22系统的硬件结构设计------------------------------------- 22.1 51系列单片机的功能特点及测距原理------------------------------ 32.1.1 51系列单片机的功能特点------------------------------------- 32.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 32.2 超声波电路结构------------------------------------------------ 42.3 超声波测距系统的硬件电路设计---------------------------------- 42.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 53 系统软件的设计----------------------------------------- 63.1 超声波测距仪的算法设计---------------------------------------- 73.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机部分C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距部分C语言程序-------------------------------------- 114 实物制作------------------------------------------------ 17 4.1电路板焊接及连线图--------------------------------------------- 17 4.2实物调试效果图------------------------------------------------ 18 4.3焊接电路板时所遇问题------------------------------------------- 195总结------------------------------------------------- 206 致谢-------------------------------------------------- 20附录-------------------------------------------------------------20前言1课题设计目的及意义1.1设计的目的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。
超声波测距仪课程设计
超声波测距仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解超声波的基本概念，掌握超声波在空气中的传播速度及计算方法。
2. 学生能描述超声波测距仪的原理，了解其组成部分及工作过程。
3. 学生能运用数学知识，根据超声波的反射时间计算出距离。
技能目标：1. 学生能够使用超声波测距仪进行实验操作，并正确读取数据。
2. 学生能够通过小组合作，进行简单的超声波测距仪组装和调试。
3. 学生能够运用所学的知识，设计并实施简单的距离测量实验。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理现象的好奇心，提高对科学技术的兴趣。
2. 学生通过动手实践，培养解决问题的能力和创新精神。
3. 学生能够认识到超声波测距技术在现实生活中的应用，提高学习的社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为物理学科实验课，适用于八年级学生。
学生在前期已经学习了声音的传播、速度计算等基础知识。
课程以实验操作为主，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。
教学要求以学生为主体，教师为主导，引导学生主动探究，发挥学生的主观能动性。
二、教学内容1. 理论知识：- 声波基本概念复习：声波传播、速度计算。
- 超声波特性：频率、波长、传播速度。
- 超声波测距原理：回声定位、时间差法。
2. 实践操作：- 超声波测距仪的构造：探头、发射接收器、显示屏。
- 实验步骤：安装、调试、测量、数据处理。
- 实验注意事项：安全操作、数据准确性。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：复习声波知识，介绍超声波特性。
- 第二课时：讲解超声波测距原理，展示测距仪构造。
- 第三课时：分组实验，动手操作超声波测距仪。
- 第四课时：分析实验数据，讨论测量误差原因。
4. 教材章节：- 《物理》八年级下册：第二章 声现象，第四节 声的利用。
- 《物理实验》八年级下册：实验十二 超声波测距。
教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生对超声波测距技术的理解和应用能力。
八年级物理上册《超声波测距》教案、教学设计
4.布置适量的练习题，涵盖超声波测距的基本概念、原理和应用，要求学生在课后独立完成。此作业有助于巩固所学知识，提高学生的解题能力。
5.鼓励学生进行拓展研究，了解超声波在除测距以外的其他领域（如医疗、工业等）的应用，并撰写一篇研究报告。此作业旨在培养学生的自主学习能力和科研意识。
（三）情感态度与价值观
1.培养学生对物理科学的兴趣和好奇心，激发学生学习物理的热情。
2.引导学生关注科技发展，了解超声波测距技术在生活中的应用，增强学生的科技意识。
3.培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度，养成勇于探索、善于质疑的学习习惯。
4.通过学习超声波测距技术，使学生认识到科学技术对人类社会发展的作用，培养学生的社会责任感和创新精神。
4.知识拓展：介绍超声波测距在生活中的其他应用，如工业检测、建筑测量等，拓宽学生的知识视野。
5.总结与评价：对本节课所学内容进行总结，巩固学生对超声波测距的理解。鼓励学生发表自己的观点，培养学生的创新意识。
6.课后作业：布置与超声波测距相关的练习题，巩固所学知识。同时，鼓励学生进行拓展研究，了解超声波在其他领域的应用。
教学设计：
1.导入：以生活中的实际例子引出超声波测距，如汽车倒车雷达、盲人导航仪等，激发学生学习兴趣。
2.新课导入：介绍超声波的基本概念、产生、传播和接收过程，引导学生了解超声波的特性。
3.理论学习：讲解超声波测距的原理，通过示意图和实际操作，使学生理解超声波测距的原理和方法。
4.实践操作：组织学生分组进行超声波测距实验，让学生亲身体验超声波测距的过程，提高学生的实践能力。
远程超声波测距课程设计
远程超声波测距课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解超声波的基本概念，掌握超声波在空气中的传播速度和原理。
2. 学习远程超声波测距的原理，理解测距公式及其应用。
3. 掌握超声波发射器、接收器及其相关电路的工作原理。
技能目标：1. 能够运用所学知识，使用超声波传感器进行简单距离测量实验。
2. 学会分析实验数据，处理测距过程中的误差。
3. 能够自主设计简单的超声波测距电路，并完成组装与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，提高探索科学问题的热情。
2. 培养学生的团队协作意识，学会与他人共同解决问题。
3. 增强学生的实践能力，培养动手操作和实际应用的能力。
4. 引导学生关注科技发展，认识到物理知识在实际应用中的价值。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，结合理论知识与实际操作，提高学生的实践能力。
学生特点：学生处于中学阶段，具有一定的物理知识基础，好奇心强，喜欢动手操作。
教学要求：注重理论知识与实际操作相结合，鼓励学生提出问题、解决问题，培养创新思维和实践能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 超声波的基本概念及其在空气中的传播特性。
- 超声波测距原理，包括回声定位法、相位检测法等。
- 超声波测距公式的推导及其在实际应用中的注意事项。
- 超声波发射器、接收器及放大电路的工作原理。
2. 实践操作：- 超声波传感器的基本操作与使用方法。
- 设计简单的超声波测距电路，进行距离测量实验。
- 数据采集、处理与分析，探讨影响测距精度的因素。
- 实验过程中的安全操作规范及实验设备维护。
3. 教学大纲安排：- 第一章：超声波基本概念及传播特性（1课时）- 第二章：超声波测距原理及公式推导（1课时）- 第三章：超声波发射器、接收器及放大电路原理（1课时）- 第四章：超声波传感器操作与使用（1课时）- 第五章：超声波测距电路设计与实验操作（2课时）- 第六章：数据采集、处理与分析（1课时）教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，保证科学性和系统性。
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
超声波测距课程设计
超声波测距仪一、概述超声波测距学习板，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量范围在0.27~4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
二、设计要求；1．使用超声波测距仪测量距离。
2．测量精度到达1cm。
3．更好地理解超声波传感器。
三、设计思路；首先利用单片机输出一个40KHZ的信号，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由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，途中碰到障碍物返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波接收器再通过一个解码器，当无信号返回时解码器输出高电平，当有信号返回时解码器输出低电平。
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，即：S=VT/2。
最后使用共阳7段数码管动态显示出测量距离。
四、硬件设计与实现；1、AT89S51单片机最小系统超声波测距仪首先必须输出一个40KHZ的信号，所以可以利用单片机最小系统，使其中1脚输出40KHZ的高低电平信号。
单片机的最小系统包括：时钟振荡电路、复位电路、电源电路、程序储存控制电路。
时钟振荡电路必须在XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，晶体振荡器常用12M，电容用30pf；复位电路包括上电复位与按键复位，可利用电容充电与按下按键来实现复位功能,电容使用电解电容22uf，电阻1K。
程序储存控制由内部启动，所以直接接入5V高电平。
2. 超声波发射电路由于电片机输出的电流较小，远远不能启动超声波发射器，所以发射电路最主要的是需要1个驱动电路将40KHZ的信号输给T/R40超声波发射器。
常用3个反向器既可，可是由于自己对三极管驱动电路较为了解，用三极管的成本又较低，所以在刚开始选择了使用三极管驱动电路。
三极管使用9012的PNP管。
超声波测距毕业课程设计
软件算法流程与编程实现
主程序流程
初始化系统参数、启动测距流程、等 待用户输入、处理测距结果等。
02
超声波发射子程序
根据用户输入的测距指令，控制超声 波发射模块发射特定频率的超声波信 号。
01
数据处理子程序
对计算得到的距离结果进行数据处理 ，如去除异常值、求平均值等，以提 高测距精度和稳定性。
05
03
实验验证结果展示
实验条件
描述实验环境、使用的测量设备和样品等。
实验数据
展示原始测量数据和经过处理后的数据，可 以用表格或图表形式呈现。
误差分析
对实验数据进行统计分析，计算各类误差的 大小，并评估其对测量结果的影响。
结论
总结减小误差措施的效果，并讨论进一步改 进的可能性。
06 课程设计总结与展望
本次课程设计成果回顾
系统集成优化
改进系统结构设计和集成方式， 提高系统整体性能和可靠性；优 化电源管理和散热设计，确保系 统长时间稳定运行。
05 误差来源分析及减小误差 措施研究
误差来源识别与分类
01
系统误差
由于测量原理、仪器设计或环境 因素等引起的固定或规律性误差 。
随机误差
02
03
操作误差
由不可预测的随机因素（如环境 温度、湿度的微小变化）引起的 误差。
由于操作不当或测量条件不稳定 （如探头不稳定、耦合剂使用不 当）引起的误差。
减小误差方法论述
01
系统误差校正
02
通过理论计算或实验方法对系统进行校准。
采用更精确的测量标准和仪器。
03
减小误差方法论述
提高测量系统的信噪比。
采用多次测量取平均值的 方法。
超声波测距器课程设计
《微机原理及应用》课程设计超声波测距器的设计学生姓名郝强学号20110611113学院名称机电工程学院专业名称机械电子工程指导教师王前2013年12月27日摘要随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。
本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。
就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。
关键词：超声波；传感器；测量距离；控制目录摘要 (2)目录 (3)1.设计目的 (4)2.总体方案 (4)3.硬件设计 (5)3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5)3.2.1单片机芯片的选择 (6)3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6)3.3超声波发射电路设计 (6)3.3.1选择超声波发生器类型 (6)3.3.2 超声波发射电路设计 (7)3.4超声波接收电路设计 (8)3.5超声波显示电路设计 (9)4.软件设计 (9)4.1波测距器的算法设计 (10)4.2系统的主控制程序设计 (11)4.3发生子程序设计 (12)4.4接收中断程序设计 (13)4.5显示程序设计 (14)4.6距离计算程序 (15)5.结论 (17)参考文献 (18)1.设计目的超声波测距器，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量范围在0.10～4.00m，测量精度1 cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
超声波测距课程设计
超声波测距课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解超声波的基本概念，掌握超声波在空气中的传播速度和特性；2. 学会使用超声波传感器进行距离测量，理解测距原理；3. 掌握超声波测距的基本计算方法，能够分析测距误差产生的原因。
技能目标：1. 能够正确操作超声波测距仪器，进行距离的准确测量；2. 培养学生动手实践能力，学会组装和调试简单的超声波测距装置；3. 能够运用所学知识解决实际问题，设计简单的超声波测距应用方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作精神，学会与他人共同探究问题；3. 增强学生的环保意识，认识到科技在环保领域的应用价值。
课程性质：本课程属于物理学科，以实验和实践为主，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。
学生特点：学生处于初中年级，具有一定的物理基础，对新鲜事物充满好奇心，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以实验为主，让学生在实践中掌握知识，提高技能。
同时，注重培养学生的团队协作能力和情感态度价值观。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活中，提高解决问题的能力。
二、教学内容1. 理论知识：- 超声波的定义、特性及其在空气中的传播速度；- 超声波测距原理，包括发射、接收和反射过程；- 测距误差分析，包括系统误差和随机误差；- 超声波传感器的工作原理和结构。
2. 实践操作：- 超声波测距仪器的使用方法，包括组装、调试和操作；- 实际距离测量，通过实验掌握超声波测距技术；- 测距数据的处理和分析，提高测距精度；- 设计简单的超声波测距应用方案，如停车场自动计费系统。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：介绍超声波基本概念，学习测距原理；- 第二课时：学习超声波传感器结构，了解其在测距中的应用；- 第三课时：实践操作，学会使用超声波测距仪器进行距离测量；- 第四课时：分析测距误差，探讨提高测距精度的方法；- 第五课时：设计超声波测距应用方案，进行成果展示。
proteus超声波测距课程设计
proteus超声波测距课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Proteus软件的基本操作和超声波测距原理；2. 掌握超声波传感器在电路设计中的应用方法；3. 学会使用Proteus软件构建超声波测距电路并进行仿真测试；4. 了解超声波测距技术在现实生活中的应用场景。
技能目标：1. 能够运用Proteus软件设计简单的超声波测距电路；2. 能够分析并解决超声波测距过程中可能出现的问题；3. 培养动手实践能力和团队协作能力，通过小组讨论和实验操作，提高问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的创新意识和实践能力，鼓励勇于尝试；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，注重实验安全；4. 增进学生对我国科技发展的了解，树立民族自豪感。
课程性质：本课程为实践性较强的电子技术课程，以Proteus软件为工具，通过设计与实践，让学生深入了解超声波测距原理及其应用。
学生特点：学生具备一定的电子基础知识，对实际操作具有较强的兴趣和好奇心。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的动手实践能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养解决问题的能力。
通过课程学习，使学生达到预定的学习目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 超声波测距原理：介绍超声波的传播特性，超声波传感器的工作原理，以及测距的基本公式和计算方法。
- 教材章节：第三章“传感器原理与应用”2. Proteus软件操作：讲解Proteus软件的基本功能，包括原理图绘制、元件库的使用、仿真设置和测试等。
- 教材章节：第二章“Proteus软件基础”3. 超声波测距电路设计：结合Proteus软件，设计并搭建超声波测距电路，包括传感器、放大电路、显示电路等。
- 教材章节：第四章“模拟电路设计与仿真”4. 电路仿真与调试：利用Proteus软件进行电路仿真，分析并解决可能出现的问题，优化电路设计。
超声波测距系统课程设计
超声波测距系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解超声波的基本概念，掌握超声波测距的原理；2. 学会使用超声波传感器，了解超声波测距系统的组成；3. 掌握超声波测距系统中涉及的计算公式和数据处理方法。
技能目标：1. 能够独立操作超声波测距系统，进行实际距离的测量；2. 培养学生动手实践能力，提高解决问题的能力；3. 学会分析实验数据，提高数据处理和误差分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发探索科学的热情；2. 培养学生的团队合作精神，提高沟通协调能力；3. 增强学生对科技创新的认识，培养创新精神和实践能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在让学生通过实际操作，掌握超声波测距的基本原理和方法，培养实际应用能力。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果。
通过本课程的学习，学生将能够独立完成超声波测距系统的操作和数据处理，提高自身综合素质。
二、教学内容1. 超声波基本概念：超声波的定义、特点及应用领域；2. 超声波测距原理：超声波发射与接收、声速、时间测量及距离计算；3. 超声波传感器：传感器类型、结构、工作原理及性能参数；4. 超声波测距系统组成：传感器、信号处理电路、显示与控制模块；5. 实验操作与数据处理：操作步骤、数据处理方法、误差分析；6. 教学案例：分析典型超声波测距系统案例，理解实际应用中的问题及解决方法。
教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行选择和组织。
教学大纲安排如下：第一课时：超声波基本概念、测距原理及传感器介绍；第二课时：超声波测距系统组成、实验操作方法；第三课时：数据处理、误差分析及教学案例讨论。
教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，提高学生对超声波测距系统知识的掌握和应用能力。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果。
1. 讲授法：通过教师对超声波基本概念、测距原理、传感器等理论知识的系统讲解，使学生掌握基本理论和方法。
毕业设计超声波测距仪设计
毕业设计超声波测距仪设计（以下内容仅供参考）一、设计要求1.设计一款超声波测距仪，最大测量距离为5米。
2.能够实现实时测量距离。
3.具有屏幕显示测距结果。
4.能够通过按键控制实现最大距离设置。
二、设计方案1.硬件设计2.软件设计1.硬件设计超声波测距仪主要由以下部分组成：1）Arduino UNO开发板Arduino UNO开发板是一款开源的硬件平台，基于ATmega328P单片机。
可以通过编写软件来控制它，从而实现各种功能。
在该设计中，我们使用Arduino UNO作为超声波测距仪的主控板。
2）超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部分。
它通过发射和接收超声波，来测量被测物体和传感器间的距离。
在该设计中，我们使用HC-SR04超声波传感器。
3）1602液晶显示屏1602液晶显示屏是用于在超声波测距仪中显示测距结果的显示设备。
4）按键按键用于设置最大距离。
5）发光二极管发光二极管用于指示测量状态。
2.软件设计超声波测距仪的软件设计主要包括以下三个部分：1）超声波测距的程序设计该部分主要负责调用超声波传感器进行距离测量，并返回测量结果。
2）LCD1602数字显示的程序设计该部分主要负责在1602液晶显示屏上显示测量结果。
3）设置最大距离的程序设计该部分主要负责通过按键设置最大距离。
三、系统实现1.硬件实现超声波传感器通过引脚连接到Arduino UNO的第8、9、10、11号IO口（分别为Trig、Echo、Vcc、GND），1602液晶显示屏通过引脚连接到Arduino UNO的第12、13、6、7、5、4号IO口（分别为RS、EN、D4、D5、D6、D7），按键通过引脚连接到Arduino UNO的第3号IO口，发光二极管通过引脚连接到Arduino UNO的第2号IO口。
2.软件实现1）超声波测距程序设计：首先定义Trig、Echo两个引脚，然后定义pulseIn函数，这个函数的作用是等待Echo引脚输出一个高电平，然后返回Echo引脚的高电平持续时间（us）。
超声波测距器课程设计
超声波测距器课程设计《微机原理及应用》课程设计超声波测距器的设计学生姓名郝强学号20110611113学院名称机电工程学院专业名称机械电子工程指导教师王前2013年12月27日摘要随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。
本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。
就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。
关键词：超声波；传感器；测量距离；控制目录摘要………………………………………………………………………2目录 (3)1.设计目的 (4)2.总体方案 (4)3.硬件设计 (5)3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5)3.2.1单片机芯片的选择 (6)3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6)3.3超声波发射电路设计 (6)3.3.1选择超声波发生器类型 (6)3.3.2 超声波发射电路设计 (7)3.4超声波接收电路设计 (8)3.5超声波显示电路设计 (9)4.软件设计 (9)4.1波测距器的算法设计 (10)4.2系统的主控制程序设计 (11)4.3发生子程序设计 (12)4.4接收中断程序设计 (13)4.5显示程序设计 (14)4.6距离计算程序 (15)5.结论 (17)参考文献 (18)1.设计目的超声波测距器，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
超声波测距仪课程设计
超声波测距仪课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，培养学生进行实际操作和简单故障排除的能力。
知识目标：使学生了解超声波测距仪的工作原理、主要组成部分及其功能；掌握超声波测距仪的调试和使用方法。
技能目标：培养学生使用超声波测距仪进行实际测量和数据处理的能力；培养学生对超声波测距仪进行简单维护和故障排除的能力。
情感态度价值观目标：培养学生对科学技术的兴趣和好奇心，提高学生解决实际问题的能力，使学生认识到科技对生活的重要作用。
二、教学内容本课程的主要内容包括超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，以及超声波测距仪的操作和维护。
1.超声波测距仪的基本原理：介绍超声波的产生、传播和接收，以及超声波测距的原理。
2.超声波测距仪的结构和工作方式：介绍超声波测距仪的主要组成部分，如超声波发生器、接收器、放大器等，以及它们的工作原理。
3.超声波测距仪的操作：介绍超声波测距仪的操作方法，如调试、测量和数据处理。
4.超声波测距仪的维护和故障排除：介绍超声波测距仪的维护方法，如清洁、润滑等，以及故障排除的方法。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过讲解超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：通过分组讨论，让学生深入了解超声波测距仪的操作和维护方法。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生学会解决实际问题。
4.实验法：通过实际操作，让学生熟练掌握超声波测距仪的使用方法。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用符合课程标准的教材，为学生提供系统、科学的学习资料。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，为学生提供更多的学习资源。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，为学生提供直观、生动的学习内容。
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《微机原理及应用》课程设计超声波测距器的设计学生姓名郝强学号***********学院名称机电工程学院专业名称机械电子工程指导教师王前2013年12月27日摘要随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。
本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。
就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。
关键词：超声波；传感器；测量距离；控制目录摘要 (2)目录 (3)1.设计目的 (4)2.总体方案 (4)3.硬件设计 (5)3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5)3.2.1单片机芯片的选择 (6)3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6)3.3超声波发射电路设计 (6)3.3.1选择超声波发生器类型 (6)3.3.2 超声波发射电路设计 (7)3.4超声波接收电路设计 (8)3.5超声波显示电路设计 (9)4.软件设计 (9)4.1波测距器的算法设计 (10)4.2系统的主控制程序设计 (11)4.3发生子程序设计 (12)4.4接收中断程序设计 (13)4.5显示程序设计 (14)4.6距离计算程序 (15)5.结论 (17)参考文献 (18)1.设计目的超声波测距器，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量范围在0.10～4.00m，测量精度1 cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
2.总体方案硬件部分主要由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组成。
采用AT89C1或其兼容系列来实现对CX20106A红外接收芯片和74LS04系列超声波发射模块的控制。
单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
软件部分主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分。
3.硬件设计3.1 超声波测距器硬件电路设计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。
路程、波速、时间之间的关系，可用下列简单的公式表示：==⨯/2()/2d s c t上式中，d为超声波传播单边的路程，s为超声波来回的路程， c为超声波波速, t为超声波来回所用的时间。
当声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
这就是超声波测距的原理。
超声波测距的原理如图所示。
3.1超声波测距原理根据超声波测距原理，超声波测距器需要有超声波发生器、超声波接收器、超声波传播的计时器。
按照系统设计功能的要求，硬件电路由单片机计时及控制电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路、显示电路及电源五部分组成。
系统原理总框图见图。
3.2超声波测距器的原理总框图3.2.1 单片机芯片的选择89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Pro grammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.2.2AT89C51定时计数应用电路AT89C51单片机片内集成有两个可编程的定时/计数器T0和T1[4]。
它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式。
本设计采用定时计数器T0，根据需要，让其工作于方式1。
方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位，TH0作为高8位，组成16位加1计数器。
其初值在65 535～0范围，计数范围为1～65 536。
具体应用见程序设计部分。
3.3 超声波发射电路设计3.3.1选择超声波发生器类型压电式超声波换能器利用压电晶体的谐振来工作，其内部结构如图所示。
超声波换能器有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加电脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，从而带动共振板振动，产生超声波。
反之，如果在共振板上外加适当的机械振动，使压电晶片发生共振，将在压电晶片之间产生交变的电信号。
这时它就成为了超声波接收器。
本设计选用压电式超声波换能器TCT40—l0Fl作超声波发射器。
使用时注意分清器件，因为它与接收换能器在结构上稍有不同。
3.3超声波换能器内部结构图3.3.2 超声波发射电路设计超声波发射电路主要由反向器74LS04和超声波发射换能器T 构成，如图所示。
图中T 为超声波发射器，采用TCT40—l0Fl ，外型尺寸Φ15 。
输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。
上拉电阻R 2，R 3一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。
工作时，单片机的定时器T0产生40 KHz 方波信号，从P1.3端口输出，一路经过一级反向器后送到超声波发射器T 的一个电极，另一路经过两极反向器后送到超声波发射器T 的另一个电极，从而将40 KHz 电脉冲信号加到超声波发射器T ，使T 发射超声波。
电路采用推挽形式，向超声波发射器T 提供电脉冲信号，可以提高超声波的发射强度。
T 12U4A 74LS0434U4B74LS0456U4C 74LS0498U4D74LS041110U4E R21K R31Kp1.3 3.4超声波发射电路原理图3.4 超声波接收电路设计超声波接收电路主要由超声波接收换能器R和超声波检测接收模块构成，如图所示。
图中R为超声波接收器，采用TCT40—l0Sl，外型尺寸Φ15 。
U5是超声波检测接收模块，设计时选用了红外线检波接收专用集成电路芯片CX20106A。
选用的原因是CX20106A常用的载波频率为38KHz，与测距的超声波频率40KHz较为接近，可以将发射的超声波之频率控制为38KHz。
电路中设置的电容C4，适当更改其大小，可以改变接收电路的抗干扰能力；适当改变电路中的电容C6，可改变电路的灵敏度。
工作时，接收的超声波信号经R转换为电信号，加到CX20106A的输入端（1脚），处理后由CX20106A的输出端（7脚）送达单片机的中断口INT0，申请CPU处理。
3.5超声波检测接收电路3.5超声波显示电路设计显示电路采用LED数码管显示。
LED数码管显示有静态显示方式和动态显示方式，本系统采用并行输出的动态显示方式。
显示电路结构根据本超声波测距器显示测距数据的需要，采用4位LED动态显示电路。
其中2位显示小数部分，2位显示整数部分。
显示信息输入部分由单片机P0输出端，连接74LS244相应输入端，驱动器输出端经限流电阻连接相应字段码端；字位控制部分分别由三极管驱动，选用PNP型晶体管9012，其基极经限流电阻连接单片机的P2口相关端子，集电极连接数码管的共用端，发射极连接电源。
显示电路如图所示[5]。
3.6超声波测距动态显示电路4软件设计超声波测距器的软件主要由主程序，超声波发生子程序，超声波接收中断程序以及显示子程序组成。
4.1波测距器的算法设计从前面距离的计算公式可知，c为声速，对于超声波，在常温20℃时，其数值为344米/秒；若能准确测量出超声波从发射到返回所用时间，则可以计算出发射点到被测障碍物之间的距离。
测量距离时，由超声波测距器的主控制器中定时器记录时间，设计中要求超声波测距时精确计算程序运行时间。
测量超声波来回所用的时间，当送出一个超声波脉冲后，需要延时约0.1ms ，才打开外中断0接收返回的超声波信号，这是为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起直射波触发。
单片机工作时晶振频率为12MHz ，计数器每计1个数就是1 μs ，当主程序检测到接收成功的标志位后，将停止计数器T0计数。
计算距离，将计数器T0中的计数值T0带入距离的计算公式计算，即可得被测物体与测距器之间的距离。
具体为60/2(344)/2(172)/10d s t T ==⨯=⨯计算的结果，以十进制BCD 码方式送往LED 显示，显示时间约0.5s ，然后再发超声波脉冲重复测量过程。
4.2系统的主控制程序设计主程序包括对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式，调用超声波发生子程序，等待反射超声波，计算距离，显示距离；重复。
主程序流程图如图。
4.1主程序流程图※※※※※※主程序※※※※※※START: MOV SP, #4FHMOV R0, #40H ;40H～43H为显示数据存放单元（40H为最高位）MOV R7, #0BHCLEARDISP: MOV @R0, #00HINC R0DJNZ R7, CLEARDISPMOV 20H, #00HMOV TMOD, #21H ；T1为8位自动重装模式，T0为16位定时器MOV TH0, #00H ;65ms初值MOV TL0, #00HMOV TH1, #0F2H ;40kHz初值MOV TL1, #0F2HMOV P0, #0FFHMOV P1, #0FFHMOV P2, #0FFHMOV P3, #0FFHMOV R4, #04H ;超声波脉冲个数控制（为赋值的一半）SETB PX0SETB ET0SETB EASETB TR0 ；开启测试定时器START1: LCALL DISPLAYJNB 00H, START1 ;收到反射信号时标志位为1CLR EALCALL WORKSETB EACLR 00HSETB TR0 ;重新开启测试定时器MOV R2, #64H ;测量间隙控制（约4ms×100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAYDJNZ R2,LOOPSJMP START14.3发生子程序设计超声波发生子程序，主要功能是单片机控制，通过P1.3端口发送2个左右超声波脉冲信号，频率为约40kHz的方波，其脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器T0打开进行计时。