超声波测距系统设计(00002)
超声波测距系统的设计详解
超声波测距系统的设计详解超声波测距系统是一种基于超声波测量原理进行距离测量的系统。
它利用超声波在空气中的传播速度较快且能够穿透一定程度的障碍物的特点，通过向目标物体发射超声波并接收反射回来的波形信号，从而计算出目标与传感器之间的距离。
下面将详细介绍超声波测距系统的设计过程。
首先，超声波测距系统的设计需要明确测量的范围和精度要求。
根据需求确定测量距离的最大值和最小值，以及所需的测量精度。
这将有助于选择合适的超声波传感器和测量方法。
其次，选择合适的超声波传感器。
超声波传感器一般包括发射器和接收器两部分，发射器用于发射超声波，接收器用于接收反射回来的波形信号。
传感器的选择应考虑其工作频率、尺寸、功耗等因素。
一般来说，工作频率越高，测距的精度越高，但传感器的尺寸和功耗也会增加。
接下来是超声波信号的发射和接收电路的设计。
发射电路负责产生超声波信号，并将其发送到目标物体上。
接收电路负责接收反射回来的波形信号，并将其转换成可用的电信号。
发射电路常采用谐振频率发射，以提高发射效率和功耗控制。
接收电路则需要设计合适的放大和滤波电路，以增强接收到的信号并去除噪声。
然后是超声波信号的处理和计算。
接收到的波形信号需要进行模数转换和数字信号处理，以获取目标物体与传感器之间的距离。
常见的处理方法包括峰值检测、时差测量、相位比较等。
峰值检测法通过检测波形信号的峰值来判断目标距离；时差测量法通过测量发射和接收信号之间的时间差来计算距离；相位比较法通过比较两个信号的相位差来测量距离。
最后是系统的校准和调试。
校准是调整测距系统的参数，使其达到预定的测量精度。
常见的校准方法包括距离校准和零位校准。
调试是对整个系统进行功能和性能测试，确保其正常工作。
在调试过程中需要注意测距系统与其他系统的干扰和噪声问题，并进行相应的抑制和滤波处理。
总之，超声波测距系统的设计涉及到传感器选择、电路设计、信号处理和系统调试等多个方面。
合理的设计和调试能够保证系统的稳定性和可靠性，从而满足测量的要求。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：一、硬件设计：1.选择传感器：超声波传感器是测距系统的核心部件，通常采用脉冲法进行测量。
在选择传感器时，应考虑工作频率、测量范围、精度和稳定性等参数，并根据实际需求进行选择。
2.驱动电路设计：超声波传感器需要高频信号进行激励，设计驱动电路时需要根据传感器的工作要求来设计合适的电路，保证信号稳定且能够满足传感器的工作需求。
3.接收电路设计：超声波传感器产生的脉冲回波需要经过接收电路进行信号放大和滤波处理，设计接收电路时需要考虑信号放大的增益、滤波器的截止频率以及抗干扰能力等因素。
4.控制板设计：控制板是超声波测距系统中的核心控制器，负责控制测距过程、数据处理以及通信等功能。
在设计控制板时，应根据系统的要求选择合适的微控制器或单片机，并设计合理的电路布局和电源电路。
二、软件编程：1.驱动程序开发：根据传感器的规格书和数据手册，编写相应的驱动程序，实现对超声波传感器的激励和接收。
2.距离计算算法开发：通过测量超声波的往返时间来计算距离，根据声速和时间的关系进行距离计算，并根据实际情况对计算结果进行修正。
3.数据处理和显示：根据实际需求，对测量得到的距离进行处理，并将结果显示在合适的显示设备上，如LCD屏幕或计算机等。
4.数据通信：如果需要将测量结果传输至其他设备或系统，则需要编写相应的数据通信程序，实现数据的传输和接收。
三、系统测试与优化：1.测试传感器性能：测试测距系统的稳定性、精度和灵敏度等性能指标，根据测试结果对系统参数进行优化和调整。
2.系统校准：超声波测距系统可能受到环境温度、湿度和声速等因素的影响，需要进行校准以提高测量精度。
3.系统集成与实际应用：将超声波测距系统与实际应用场景进行集成，进行实际测试和验证。
总结：超声波测距系统的设计包括硬件设计和软件编程两个方面，其中硬件设计主要包括传感器选择、驱动电路设计和接收电路设计等；软件编程主要包括驱动程序开发、距离计算算法开发、数据处理和显示以及数据通信等。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计超声波测距系统的设计摘要：本文介绍了一种基于超声波技术实现的测距系统的设计。
该系统采用超声波模块作为距离传感器，通过控制超声波的发射和接收时间，完成对目标物体距离的测量，并通过微控制器进行数据处理和显示。
实验结果表明，该系统具有较高的测量精度和稳定性，可用于工业自动化、智能交通等领域。
关键词：超声波技术；测距系统；微控制器；精度；稳定性。
引言：随着科学技术的发展，探测和测量技术的应用范围越来越广泛。
测量距离作为一项基础性工作，对于许多应用领域都有重要作用。
针对这一需求，人们发明了各种传感器和测距仪器。
而超声波技术在测距领域中的应用已经非常成熟，并且被广泛应用于医疗、工业、智能交通等领域。
超声波测距系统是一种基于超声波技术实现的距离测量系统，其原理是利用超声波的速度和反射特性测定目标物体与发射传感器之间的距离。
本文针对该系统进行设计与研究，并进行了实验验证。
设计方案：超声波测距系统主要包括距离传感器模块、控制电路和显示模块三部分组成。
其中距离传感器模块采用 HC-SR04 型号的超声波模块，这种传感器模块具有高精度、低成本、结构简单等优点。
超声波模块的工作原理是将发射的超声波信号沿着特定角度发射到目标物体，并测量信号被接收器捕获的时间。
通过根据速度和时间的关系计算出目标物体与传感器之间的距离。
控制电路采用单片机 AT89S52，它是一款功能强大的 8 位微控制器，具有较高的处理速度和可编程性，可以方便地实现超声波测量的算法和信号处理。
显示模块采用数码管显示，以便直接显示测量的距离。
实验结果：本文设计的超声波测距系统可以精确测量距离，可以在 10 cm 到 2 m 范围内进行测量，并且精度可以达到 1 cm 左右。
在多次实验中，系统的稳定性和可靠性都得到了验证。
结论：本文设计的基于超声波技术的测距系统具有结构简单、精度高、稳定性好等优点。
可以广泛应用于工业自动化、智能交通等领域，具有较大的实用价值。
本科毕业设计--超声波测距系统设计
毕业设计（论文）标题：超声波测距系统设计学生姓名：陈江系部：电子工程系专业：应用电子技术班级：高电子0501班指导教师：王维斌株洲职业技术学院教务处制目录摘要...........................................................................(Ι) 1、绪论 (1)1．1超声波传感器的类型 (2)1．2压电式超声波发生器原理 (2)1．3超声传感器的特性 (3)1．4速度影响因素及其补偿 (3)1．5超声波测量距离的原理 (3)2、超声波测距仪总体结构 (5)2．1主控芯片的选择 (5)2．2单片机AT89S51 的外围电路 (7)3、超声波发射 (10)3．1 多谐振荡器特点 (10)3．2非对称式多谐振荡器工作原理 (10)3．3超声波发射电路 (11)4、超声波接收 (13)4．1接收放大器的方案设计 (13)4．2超声波接收电路 (13)5、测温芯片AD590 (15)5．1 AD590简介 (15)5．2 AD590的工作原理的内部结构 (16)5．3 测温电路的设计 (17)6 系统软件设计 (18)6.1 系统软件结构 (18)结论 (19)参考文献 (20)附录 (21)后记 (30)摘要文中介绍了一种以单片机AT89S51作为主控制器，最终用7段数码管显示测量距离的超声波测距仪的设计方法。
在设计中通过检测超声波信号从发送到接收的时间间隔t，计算出测量距离s。
但是考虑到超声波传播速度受温度的影响较大，因此系统中还采用了温度传感器AD590来检测周围环境温度，对超声波的传播速度进行温度补偿，提高测量的精度。
本设计是以单片机为核心的测距仪器，可以实现预置、多端口检测、显示等多种功能,并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠。
从而实现直接的查看距离值、显示、输出控制的功能。
关键词：超声波；测距；测量误差；温度补偿； AT89S511 绪论虽着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言在现代电子技术的迅猛发展中，精确测量距离的设备扮演着重要的角色。
随着人类对于生活环境安全性的关注提升，对于各种设备的精度要求也在逐渐加强。
超声波测距技术以其非接触性、高精度、低成本等优点，在众多领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
二、系统概述本系统以STM32单片机为核心控制器，结合超声波测距模块，实现对目标物体的精确测距。
系统主要由STM32单片机、超声波测距模块、电源模块、信号处理模块和显示模块等组成。
通过单片机对超声波模块的控制，实现对目标的精确测距，并通过显示模块实时显示测距结果。
三、硬件设计1. STM32单片机：作为系统的核心控制器，负责整个系统的控制与数据处理。
STM32系列单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足系统对于精确度和稳定性的要求。
2. 超声波测距模块：采用高精度的超声波测距传感器，实现对目标物体的距离测量。
通过超声波的发送与接收，实现对目标的距离计算。
3. 电源模块：为系统提供稳定的电源支持，确保系统的正常工作。
电源模块需考虑到功耗问题，以实现系统的长时间运行。
4. 信号处理模块：对超声波测距模块的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距的准确性。
5. 显示模块：实时显示测距结果，方便用户观察与操作。
四、软件设计1. 主程序：负责整个系统的控制与数据处理。
主程序通过控制超声波测距模块的发送与接收，获取目标物体的距离信息，并通过显示模块实时显示。
2. 超声波测距模块控制程序：控制超声波的发送与接收，实现对目标物体的距离测量。
通过计算超声波的发送与接收时间差，计算出目标物体的距离。
3. 数据处理程序：对获取的测距数据进行处理，包括滤波、计算等操作，以提高测距的准确性。
4. 显示程序：将处理后的测距结果显示在显示模块上，方便用户观察与操作。
五、系统实现1. 通过STM32单片机的GPIO口控制超声波测距模块的发送与接收，实现超声波的发送与接收功能。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，高精度测距技术被广泛应用于各个领域，如机器人导航、环境监测、智能家居等。
本文将介绍一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
该系统采用先进的超声波测距原理，结合STM32单片机的强大处理能力，实现了高精度、快速响应的测距功能。
二、系统概述本系统主要由超声波发射模块、接收模块、STM32单片机以及相关电路组成。
通过STM32单片机控制超声波发射模块发射超声波，然后接收模块接收反射回来的超声波信号，根据超声波的传播时间和速度计算距离。
系统具有高精度、抗干扰能力强、测量范围广等特点。
三、硬件设计1. STM32单片机本系统采用STM32系列单片机作为主控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
通过编程控制单片机的GPIO 口，实现超声波发射和接收的控制。
2. 超声波发射模块超声波发射模块采用40kHz的超声波传感器，具有体积小、功耗低、测距范围广等优点。
通过单片机控制发射模块的触发引脚，产生触发信号，使传感器发射超声波。
3. 超声波接收模块超声波接收模块同样采用40kHz的超声波传感器。
当传感器接收到反射回来的超声波信号时，会产生一个回响信号，该信号被接收模块的回响引脚捕获并传递给单片机。
4. 相关电路相关电路包括电源电路、滤波电路、电平转换电路等。
电源电路为系统提供稳定的电源；滤波电路用于去除干扰信号；电平转换电路用于匹配单片机与传感器之间的电平标准。
四、软件设计1. 主程序设计主程序采用C语言编写，通过STM32单片机的标准库函数实现各功能模块的初始化、参数设置以及控制逻辑。
主程序首先进行系统初始化，然后进入循环等待状态，等待触发信号的到来。
当接收到触发信号时，开始测距流程。
2. 测距流程设计测距流程主要包括发射超声波、等待回响信号、计算距离等步骤。
当接收到触发信号时，单片机控制超声波发射模块发射超声波；然后等待接收模块的回响信号。
超声波测距系统的设计
摘要超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波。
超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。
正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。
随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。
硬件电路主要包括发射电路、接收电路、单片机电路、电源电路和显示电路，另外还有LCD控制电路和复位电路等。
我采用以AT89S51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。
整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。
发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回，在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收，计数器停止工作并得到时间。
温度测量后送到单片机，通过程序对速度进行校正，结合两者实现超声波测距的功能。
软件程序由主程序、发射子程序、接收子程序、预置子程序、显示子程序等模块组成。
它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LCD上。
另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。
此外供电电源也会使测量差生很大的误差。
在设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。
【关键词】 AT89S51超声波测距AbstractIs the frequency at 20kHz ultrasonic sound waves above , it is a mechanical wave . Also follow the general mechanical ultrasonic wave propagation in elastic media , such as reflection and refraction at the interface media into the media after the decay occurs , such as dielectric absorption . It is because of these properties , so that ultrasound can be used to measure the distance .With increasing levels of technology , ultrasonic ranging technology is widely used among people's daily work and life. Design of the system consists of two parts , namely hardware and software programs. The hardware circuit includes a transmitter circuit, a receiver circuit, the microcontroller circuit, a power supply circuit and a display circuit , in addition to the LCD control circuit and a reset circuit. I used to AT89S51 core, low-cost, high-precision, miniaturized ultrasonic rangefinder digital display hardware circuits. The entire circuit is modular in design , the signal transmission and reception , power , temperature measurement and display module. Signal amplification and detection probe launch after launch out MCU timer is started , the original way back after the ultrasound was launched , after amplification band pass filtering plastic and other sectors, then the microcontroller receives the counter to stop working and get the time . After the temperature measurement to the microcontroller, the speed through the process of correcting a combination of both to achieve Ultrasonic Ranging function. Software program from the main program , launch subroutine receives subroutine , preset routines, subroutines and other display modules . It controls the microcontroller for data transmission and reception , at a certain temperature correction of ultrasonic velocity , as well as data on the LCD display correctly . Another procedure controls the microcontroller to eliminate the influence of the probe for transmitting and receiving ultrasonic waves . Accompanied by the relevant part of the hardware schematics, program flow .The actual environment of great influence on the ultrasonic wave , such as an external electromagnetic interference power interference channel interference , etc., the temperature of the air is also a great influence on the speed of the ultrasonic wave . Besides measuring the power supply also make great error of poor students . Redesign process to consider these factors , and gives some solutions.【Key words】AT89S51 Ultrasonic wave Ranging目录一、绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2超声检测在国内发展综述 (1)1.3本文主要研究内容 (2)二、超声波测距原理与方法 (4)2.1超声波简介 (4)2.1.1 超声波的三种形式 (4)2.1.2 超声波的物理性质 (4)2.1.3 超声波对声场产生的作用 (4)2.2超声波传感器介绍 (5)2.2.1 超声波的测距原理及结构 (5)2.2.2超声波传感器选择 (7)2.2.3超声波测距的原理 (7)2.2.4发射脉冲波形 (8)2.3本章小结 (9)三、系统硬件设计 (10)3.1发射电路设计 (10)3.1.1发射电路设计方案 (11)3.1.2发射电路方案 (11)3.1.3 超声波发射器的注意事项 (12)3.2接收电路设计 (13)3.3单片机显示电路设计 (14)3.3.1 LCD显示部分 (18)3.3.2报警部分 (19)3.4本章小结 (19)四、软件设计和测量结果分析 (20)4.1系统软件设计 (20)4.2外部中断子程序 (23)4.3定时器中断子程序 (25)4.4实现重要功能的程序分析 (26)4.4.1 实现温度读取功能 (26)4.4.2 实现根据温度转化声速 (26)4.4.3 实现距离计算 (27)4.5本章小结 (27)致谢 (29)参考文献 (29)附录 (30)一、绪论1.1课题研究的背景及意义近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。
超声波测距系统设计
目录1 绪论 (3)1.1 课题研究背景 (3)1.2 课题设计目的及意义 (3)1.3 课题设计任务与要求 (3)2 方案选择的论证和选择 (5)2.1 设计方案一 (5)2.2 设计方案二 (5)2.3 方案设计三 (6)3 设计原理 (7)4 硬件设计 (8)4.1 整体电路设计 (8)4.2超声波测距系统设计 (9)4.2.1 超声波发射器的注意事项 (9)4.2.2 超声波发射与接收装置 (10)4.3 显示电路设计 (11)4.4 稳压电源设计 (12)4.5硬件电路设计优化 (13)4.5.1 提高测距的范围 (13)4.5.2 发射探头和接收探头间的影响 (13)4.5.3 超声波的衰减 (14)4.5.4 系统干扰因素 (14)5 软件设计流程图 (17)5.1 主流程图 (17)5.2 温度读取程序 (17)5.3 LCD显示程序 (18)5.4 外中断服务程序 (19)5.5 超声波发射接收程序 (19)5.6 键扫子程序 (20)6设计心得 (21)参考文献 (22)附录 (23)程序清单 (23)1 绪论1.1 课题研究背景超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。
近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。
随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。
超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。
超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。
正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。
随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。
1.2 课题设计目的及意义日常生活应用发面：人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市车辆逐渐增多，因为停车不当而造成的交通事故也越来越多。
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。
超声波测距系统毕业设计
超声波测距系统毕业设计超声波测距系统毕业设计随着科技的不断发展，超声波测距系统在工业控制、安防监控、智能交通等领域得到了广泛应用。
本文将介绍一个基于超声波原理的测距系统的毕业设计。
一、引言超声波测距系统是一种利用超声波传感器测量距离的技术。
它通过发射超声波信号并接收回波，根据声波的传播时间来计算出目标物体与传感器的距离。
超声波测距系统具有测量精度高、反应速度快、适用范围广等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
二、设计目标本毕业设计的目标是设计一个超声波测距系统，能够准确测量目标物体与传感器之间的距离，并能够实时显示测量结果。
三、系统硬件设计1. 超声波传感器选择在设计中，我们选择了一款性能稳定、测量范围广的超声波传感器。
该传感器具有高频率、高精度的特点，能够满足我们的测量需求。
2. 控制电路设计为了实现测距系统的功能，我们设计了一个控制电路。
该电路能够控制超声波传感器的发射和接收，并将接收到的信号进行处理。
通过微控制器的控制，我们能够实现对测距系统的操作和参数调节。
四、系统软件设计1. 数据处理算法在接收到超声波传感器的回波信号后，我们需要对信号进行处理，以得到准确的距离测量结果。
我们采用了一种基于时间差的测量方法，通过计算声波传播时间和声速，可以得到目标物体与传感器之间的距离。
2. 显示界面设计为了方便用户使用和观察测量结果，我们设计了一个显示界面。
该界面能够实时显示测量结果，并提供一些操作选项，如单位切换、历史数据查看等功能。
五、系统测试与优化在完成硬件和软件设计后，我们对系统进行了测试。
通过与实际测量结果进行对比，我们发现系统的测量精度较高，能够满足设计要求。
然而，在实际使用中，我们还发现了一些问题，如测量范围受限、环境干扰等。
为了解决这些问题，我们对系统进行了优化，如增加滤波器、改进算法等。
六、总结与展望通过本次毕业设计，我们成功设计并实现了一个基于超声波原理的测距系统。
该系统具有测量精度高、反应速度快等优点，能够满足实际应用需求。
超声波测距系统设计(新图)
超声波测距系统设计1. 课程设计目的通过《传感器及检测技术》课程设计，使我们掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。
进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
2. 内容及要求2.1 设计内容设计一个超声波测距系统，通过超声测距仪的原理是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。
通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。
基本的测距公式为：L=(△t/2)*C式中L——要测的距离T——发射波和反射波之间的时间间隔C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。
2.2 设计要求本次设计采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。
可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。
实现功能要求：(1) LED数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。
(2) 测量范围：30cm～200cm，(3) 误差＜0.5cm。
(4)确保系统的可靠性。
3．系统工作原理设计的整体框图如图1所示，主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。
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L=CT／2，式中的C为超声波波速。
在常温下，空气中的声速约为340m／s。
由于超声波也是一种声波，其传播速度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。
因为本系统测距精度要求很高，误差<0.5cm，所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。
超声波传播速度确定后，只要测得超声波往返的时间，如图2所示，即可求得距离。
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。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：超声波测距系统是一种常见的距离测量技术，利用超声波在空气中传播时的特性进行测量。
相对于光学传感器，超声波测距系统具有较低的成本、较小的体积和更大的测量范围。
因此，在工业自动化、机器人导航和智能设备等领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍超声波测距系统的设计原理、硬件配置和软件实现，以及一些常见的应用案例。
一、设计原理：超声波测距系统的设计基于声音在空气中的传播速度，即声速。
根据超声波经过物体并反射回来所花费的时间，可以计算出物体与传感器之间的距离。
一般来说，超声波传感器由发射器和接收器组成。
发射器发出超声波脉冲，然后接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过计算发射和接收的时间差，可以得到物体与传感器的距离。
由于超声波的传播速度与环境条件有关，如温度、湿度等，所以在进行距离计算时需要进行修正。
二、硬件配置：选择合适的超声波传感器是设计中的第一步。
一般来说，超声波传感器的频率越高，测量精度越高，但测量距离也越短。
因此，在选择传感器时需要根据具体应用需求进行权衡。
另外，传感器的外观尺寸和接口类型也需要考虑，以便与其他硬件设备进行连接。
控制电路主要由单片机和时钟模块组成。
单片机负责接收超声波信号，并通过定时器记录接收到信号的时间点。
时钟模块用于计时，以确定超声波传播的时间差。
显示电路可以选择LCD显示屏或数码管等设备。
显示电路的设计取决于测量结果的格式和精度要求。
一般来说，LCD显示屏具有更好的显示效果，但成本较高，而数码管则相对便宜但显示效果较差。
根据具体应用需求选择合适的显示电路。
三、软件实现：距离计算部分根据接收到信号的时间差和声速进行计算。
由于超声波的传播速度与环境条件有关，所以需要根据实际环境和传感器的特性进行修正。
通常可以通过校准来确定修正系数，并将其应用于距离计算公式中。
除了基本的测距功能，超声波测距系统还可以提供其他功能，如障碍物检测、移动物体跟踪等。
这些功能的实现主要依靠信号处理和算法设计。
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超声波测距系统设计(00002)毕业设计（论文）标题：超声波测距系统设计学生姓名：陈江系部：电子工程系专业：应用电子技术班级：高电子0501班指导教师：王维斌株洲职业技术学院教务处制目录摘要...........................................................................(Ι) 1、绪论 (1)1．1超声波传感器的类型 (2)1．2压电式超声波发生器原理 (2)1．3超声传感器的特性 (3)1．4速度影响因素及其补偿 (3)1．5超声波测量距离的原理 (3)2、超声波测距仪总体结构 (5)2．1主控芯片的选择 (5)2．2单片机AT89S51 的外围电路 (7)3、超声波发射 (10)3．1 多谐振荡器特点 (10)3．2非对称式多谐振荡器工作原理 (10)3．3超声波发射电路 (11)4、超声波接收 (13)4．1接收放大器的方案设计 (13)4．2超声波接收电路 (13)5、测温芯片AD590 (15)5．1 AD590简介 (15)5．2 AD590的工作原理的内部结构 (16)5．3 测温电路的设计 (17)6 系统软件设计 (18)6.1 系统软件结构 (18)结论 (19)参考文献 (20)附录 (21)后记 (30)摘要文中介绍了一种以单片机AT89S51作为主控制器，最终用7段数码管显示测量距离的超声波测距仪的设计方法。
在设计中通过检测超声波信号从发送到接收的时间间隔t，计算出测量距离s。
但是考虑到超声波传播速度受温度的影响较大，因此系统中还采用了温度传感器AD590来检测周围环境温度，对超声波的传播速度进行温度补偿，提高测量的精度。
本设计是以单片机为核心的测距仪器，可以实现预置、多端口检测、显示等多种功能,并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠。
从而实现直接的查看距离值、显示、输出控制的功能。
关键词：超声波；测距；测量误差；温度补偿； AT89S511 绪论虽着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。
前2种方法由于技术难度大,成本高,一般仅用于军事工业,而超声波测距则由于其技术难度相对较低,且成本低廉,适于民用推广。
这项技术也可用于工业测量领域。
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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
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，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
随着自动测量和微机技术的发展，超声波测距的理论已经成熟，超声波测距的应用也非常广泛。
超声测距是一种非接触式的检测方式。
与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。
对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
因此本设计也是利用超声波来测量距离。
1．1超声波传感器的类型为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
1．2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，便产生超声波。
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，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
1．3超声传感器的特性1.3.1传感器的指向角θ传感器的指向角是声束半功率点的夹角，是影响测距的一个重要技术参数，它直接影响测量的分辨率。
对圆片传感器来说，它的大小与工作波长λ，传感器半径r 有关由(2π/λ)*r*sin(θ/2)=1.615选f0=40KHz 时，λ＝C/f0=8.5mm。
当f0 选定后，指向角θ近似与传感器半径成反比。
指向角θ愈小，空间分辨率愈高，则要求传感器半径r愈大。
鉴于目前电子市场的压电传感片规格有限，为降低成本，在不降低空间分辨率的条件下，选用国产现有压电传感器片最大半径r=6.3mm，故θ=2*arcsin(1.615λ/2*π*r)=75°1.3.2测距仪的工作频率它的衰减对频率很敏感，要求合理选择超声波频率，一般在40KHz 左右。
太高频率的超声波在空气中是无法传播开去的。
传感器的工作频率是测距系统的主要技术参数，它直接影响超声波的扩散和吸收损失，障碍物反射损失，背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。
1.3.3工作频率的确定主要基于以下几点考虑(1) 如果测距的能力要求很大，声波传播损失就相对增加，由于介质对声波 的吸收与声波频率的平方成正比，为减小声波的传播损失，就必须降低工作频率。
(2) 工作频率越高，对相同尺寸的还能器来说，传感器的方向性越尖锐测量障碍物复杂表面越准，而且波长短，尺寸分辨“细节”容易辨识清楚，因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看，工作频率要求提高。
(3) 从传感器设计角度看，工作频率越低，传感器尺寸就越大，制造和安装就越困难。
综上所述，由于本测距仪最大测量量程不大，因而选择测距仪工作频率定为 44KHz 。
这样传感器方向性尖锐，且避开了噪声，提高了信噪比；虽然传播损失相对低频有所增加，但不会给发射和接收带来困难。
1.4速度影响因素及其补偿稳定准确的超声波速度是保证测量精度的必要条件，而超声波在空气传播中会受到温度、湿度、粉尘、大气层、气流等逻辑因素的影响。
其中温度的影响最大。
超声波在空气中的速度与温度的关系表达式为：c=16.237 T /237.16 由泰勒公式将其展开得：C=331.5+0.607Tm/s式中T 温度（℃），可见温度对速度的影响很大必须加以修正。
1. 5 超声波测量距离的原理超声波是指频率超过20kHz 的声波，因其具有指向性强、在介质中衰减小、传播距离远等特点，经常用于实现距离的测量。
超声波测距的常用方法有渡越时间法、频差法、幅值法等。
其中，渡越时间法因其原理简单，实现方便，而被广泛采用。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF （timeofflight ）。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为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达到毫米级。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。
主控制器脉冲调制信号进行超声波发送，采用时间间隔法来检测到障碍物的距离，通过数码管直接对测试距离进行显示，因温度是影响超声波传播速度最重要的因素，考虑到在精度方面的要求，采用了集成测温芯片，对超声波的传播速度进行温度补偿,提搞测量的精度。
2 超声波测距仪总体结构超声波测距仪的硬件结构如图2.1所示主控器超声波发射超声波接收LED显示按键温度传感器2.1超声波测距仪总体结构框图2．1主控制器的选择方案一：由集成电路单片机组成本方案只需一片单片机就足以实现方案的所有功能，有着电路简单、成本低功能强大、精度高等优点。
另外还可以与PC机通信，实现智能化控制与远程控制。
方案二：由组合逻辑电路组成采用组合逻辑则所有电路均需用数字逻辑电路和部分分立元件，所以此方案系统体积庞大、所需元器件多、功能少、误差大等缺点，所以该方案不宜采用。
由以上分析，由单片机组成的控制很明显优于由组合逻辑电路组成的控制方案。
所以本系统采用由单片机控制来设计超声波测距仪。
2．1．1主控芯片的选择本文以ATMEL公司生产的51系列家族的AT89S51和AT89C2051两种单片机来讲解，两种单片机是目前最常用的单片机，其中AT89S51为标准51单片机，当然其功能比早期的51单片机更强大，支持ISP在系统编程技术，内置硬件看门狗。
AT89S51单片机引脚介绍AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装，外形结构如下图4.1.1所示图4.1.1 AT89S51单片机外形结构芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口，左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、4|、、40，其中芯片的1脚顶上有个凹点在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。
1、主电源引脚（2根），VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源，GND(Pin20)：接地线。
2、外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端，XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。
3、控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号，PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号，EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
4、可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯、霓虹灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能，尽情发挥你的想象力吧，实现你想要的。
PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7上面就是AT89S51单片机引脚的简单介绍。