超声波测距课程设计.docx
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。
超声波测距课程设计
第1章绪论1.1设计背景及意义超声波是指频率在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。
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。
利用超声波测距原理可以及时将车辆与障碍物之间的距离反映出来，给司机以更准确的信息和更多的反应时间，减少事故的发生；军事应用方面：超声波声纳已广泛应用于侦查探测等方面，如何提高其测量精度已是正在着重研究的课题之一，相信在不久的将来，超声波测距一定会在侦查反侦察方面起到更大的作用；工业应用方面：超声波测距仪的设计方便了管道的距离探测，消除了一些空间方面的限制，在其测量精度得到提升后，对一些精密设备的测量也将起到良好的效果。
1.2国内外发展状况目前国际国内，在超声波测距方面的研究和水平的不同，主要体现在对测距原理、超声波信号处理方法和超声波测距处理器的选用上。
常见的超声波测距原理分为渡越时间法和相位差法两种。
信号的处理方法大致分为阀值检验法、互相关延时估计发、伪随机码扩频测距法和最小均值方法四种。
在处理方面大多以单片机为主，其中以51系列应用最为广泛，采用运算速度最快，效率更高dsp芯片作为处理器，也正成为一个非常活跃的研究方向。
目前已研制的超声波测距仪中，量程一般为3-12m，美国AIRMAR公司生产的airducer AR30超声波传感器的作用距离可达30m，但价格昂贵，准确度方面已控制在测量误差的0.4%左右，与真值的差距在厘米级的范围内，若采用互相关或伪随机法，最高可控制在0.05m内，在提高精确度方面，超声波测距有很大的发展潜力和上升空间。
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。
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
超声波测距器课程设计
时间差测量
记录超声波发射和接收的时间差， 结合声速计算出障碍物与测距器之 间的距离。
温度补偿
由于声速受温度影响，因此需要进 行温度测量并对声速进行补偿，以 提高测距精度。
传感器选择与特性分析
01
02
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传感器类型
选择适合超声波测距的传 感器，如压电陶瓷换能器 ，具有高效率、宽频带、 耐磨损等特点。
04
电子技术基础
了解基本电子元器件和电路知 识。
编程语言基础
掌握C语言或Python等编程 语言。
单片机技术基础
了解单片机的基本原理和应用 。
实践动手能力
具备一定的焊接、调试和故障 排除能力。
02
超声波测距器原理及硬件组成
超声波测距原理
超声波发射与接收
利用压电陶瓷等换能器，将电能 转换为超声波发射出去，遇到障 碍物后反射回来，再被接收换能
处理。
03
控制与信号处理电路设计
采用微控制器或DSP等处理器实现时间差测量、温度补偿和距离计算等
功能。同时设计必要的接口电路以实现数据的输入/输出和调试等功能
。
03
软件编程与算法实现
主控芯片编程环境搭建
01
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04
选择合适的开发板和主控芯片 ，如Arduino、STM32等。
安装相应的开发环境，如 Arduino IDE、Keil等。
系统性能评估指标及方法
1 2
测距精度评估
通过与实际距离进行比较，计算测距误差，评估 系统的测距精度。可以采用多次测量取平均值的 方法减小随机误差的影响。
响应时间评估
测量系统从发射超声波到接收到回波并计算出距 离所需的时间，评估系统的响应时间。
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。
超声波测距课程设计
引言利用超声波作为定位技术是蝙蝠等生物作为防御和捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不能被人们听到的超声波20Hz以上的机械波，借助空气或其它介质传播。
通过被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短和反射回来的信号强弱来判断反射物的类型及距离的远近。
人类采用仿生学，人工发射出超声波。
目前，超声波已应用在民用及国防工业中。
例如:用超声波探测海洋潜艇位置、鱼群以及确定海底暗礁等障碍物形状及位置。
利用超声波在固体巢传播的时间确定物体的长度以及超声波在固体里遇到障碍物界面上的反射来确定物体内部损伤(如裂缝、气孔及杂质等)位置，称之为无损探伤。
利用超声波测距辅助机器人确定机器人自身位置和环境识别，从而准确避开障碍物按照预先规划好的行进方向行进来完成预定任务。
另外还应用于矿井探测、液面探测、建筑、汽车报警等领域。
超声波测距是一种非接触式检测方式，和红外、激光及无线电测距相比，超声波测距有其不受光线影响，结构和操作简单，成本低等特点。
采用高精度视觉识别环境技术需要复杂的信息处理，且体积较大，价格昂贵。
对于体积较小成本较低的机器人，这些特点尤为突出，相比之下，超声波测距的特点弥补了以上不足，在许多情况下能很好地完成探测任务。
就此而言，本课题的研究是有一定实际意义的。
1 课题设计的任务和要求设计一超声波测距仪，任务：(1)了解超声波测距原理。
(2)根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。
设计一超声波测距仪，要求：(1)设计出超声波测距仪的硬件结构电路。
(2)对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。
(3)对设计的电路进行分析。
(4)用PROTUES进行仿真，以数字的形式显示测量距离。
2 超声波测距仪的设计思路2.1 两种常用的超声波测距方案2.1.1 基于单片机的超声波测距设计基于单片机的超声波测距设计，是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。
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。
超声波测距仪课程设计报告
超声波测距仪课程设计报告《超声波测距仪课程设计报告》在进行超声波测距仪的课程设计时，那可真是一段充满挑战又有趣的经历啊。
最初接到这个任务的时候，我心里就“咯噔”一下，这听起来就很复杂呢。
不过，咱也不能被吓倒呀。
就像我第一次尝试自己组装自行车，零件摊了一地，完全不知道从哪儿下手，但最后不也成功了嘛。
这超声波测距仪也一样，得一步一步来。
我先去研究它的原理。
超声波嘛，就是那种人耳听不到的声波，它能发射出去，然后遇到障碍物再反射回来。
这就好比我小时候玩弹球，把球扔出去，球撞到墙再弹回来，我就可以根据球来回的时间算出距离，超声波测距仪也是这个道理。
然后就开始挑选元件了。
那感觉就像是在菜市场买菜，得挑新鲜的、合适的。
我在一堆电子元件里翻来翻去，这个电容看起来不错，那个电阻好像也挺合适。
看着那些小小的元件，我就想，这么小的东西居然能发挥这么大的作用，真神奇。
电路设计可是个大工程。
我画电路图的时候，那根线画错了又擦，擦了又画，就像我画画的时候总是改来改去一样。
有时候感觉已经很完美了，突然发现又有个地方不通电，只能重新检查。
这时候我就想起我有一次做手工，也是做到一半发现结构有问题，当时那个懊恼啊，但最后重新调整后还是做出了很棒的东西。
焊接元件的时候，那可真得小心翼翼。
我眼睛紧紧盯着焊点，手都不敢抖一下。
就像我在缝衣服的时候，针要是扎错地方就麻烦了。
我记得有一次，差点就把两个不该连在一起的焊点给连上了，吓出我一身冷汗。
程序编写也不简单。
我对着代码一行一行地看，就像读天书一样。
不过，当我一点点把它搞懂的时候，那种成就感就像我解开了一道超级难的谜题一样。
终于，我的超声波测距仪完成了。
当我测试它的时候，那紧张的心情就像等待考试成绩公布一样。
我把它对准一面墙，看着它显示出距离，心里可激动了。
这就像是自己精心培育的小树苗终于长大了。
这个小小的超声波测距仪，虽然在制作过程中让我吃了不少苦头，但就像我之前经历的那些挑战一样，最后成功的时候，那种喜悦是无法言表的。
超超声测距课课程设计
超超声测距课课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握超超声测距的基本原理和方法，能够运用超超声波进行距离测量，并能够分析超超声波测距的优缺点。
具体来说，知识目标包括了解超超声波的基本特性，掌握超超声波测距的原理和方法；技能目标包括能够使用超超声波测距仪进行实际测量，能够分析测量结果；情感态度价值观目标包括培养学生对科学实验的兴趣和好奇心，培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括超超声波的基本概念、超超声波测距的原理和方法、超超声波测距仪的使用和测量结果的分析。
首先，介绍超超声波的基本概念，包括超超声波的定义、特点和应用领域。
然后，讲解超超声波测距的原理和方法，包括发射超超声波、接收超超声波和计算距离的步骤。
接下来，介绍超超声波测距仪的使用方法，包括仪器的组装、调整和操作。
最后，分析测量结果，包括距离的精确度和误差分析。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，采用讲授法，教师讲解超超声波的基本概念和测距原理，引导学生理解超超声波的特点和应用。
其次，采用讨论法，学生分组讨论超超声波测距的方法和实验操作步骤，培养学生的团队合作能力。
接着，采用案例分析法，教师提供一些实际案例，让学生分析超超声波测距的实际应用和优缺点。
最后，采用实验法，学生动手操作超超声波测距仪进行实际测量，培养学生的实验操作能力和科学思维。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备一些教学资源。
首先，教材和参考书，提供超超声波测距的基本概念和原理的详细介绍。
其次，多媒体资料，包括超超声波测距的实验操作视频和动画，帮助学生更直观地理解实验步骤和原理。
接着，实验设备，包括超超声波测距仪和测量工具，让学生进行实际操作和测量。
最后，网络资源，提供一些关于超超声波测距的最新研究和应用案例，让学生了解超超声波测距的前沿动态和实际应用。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多种方式，以全面客观地评价学生的学习成果。
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。
(完整word版)超声波测距实验报告
超声波测距系统实物设计报告一.设计要求1.测量距离不小于0.3米,数字显示清晰,无数字叠加,动态显示测量结果,更新时间约为0.5秒左右。
2.测量精度优于0.1米,显示精度0.01米。
3.距离小于0.3米时,蜂鸣器发出”嘀嘀”报警。
4.测量距离超过1.0米时,指示灯显示超量程。
二.系统设计思路 1.原理框图2.系统组成模块（一）40KHZ 方波产生电路1、分析：利用555定时器组成的多谐振荡器作为时钟信号的产生电路，通过理论计算加上微调电阻和电容的值，得到所需频率的矩形波，当R2远大于R1时，矩形波的占空比接近50%，可近似为方波。
超声波振荡器控制门超声波放大器闸门CP 信号（2Hz ）计数开启清零计数超声波放大滤波正弦波前沿检测超声波接收器超量程灯光显示小于0.3米蜂鸣报计数显示电路反射物超声波发射器17KHzCP2、单元电路如下图；3、参数计算：4、仿真结果：（二）2Hz时钟信号发生电路：1、分析：利用555定时器组成的多谐振荡器作为时钟信号的产生电路，通过理论计算加上调整电阻和电容的值，得到所需频率的矩形波。
其中占空比在70%以上。
2、单元电路如下所示：参数计算：R1=710K欧，R2=375欧，C1=1微F（三）17kHz时钟信号发生电路：1、分析：利用555定时器组成的多谐振荡器作为时钟信号的产生电路，通过理论计算加上调整电阻和电容的值，得到所需频率的矩形波。
2、单元电路如下所示：3、参数计算：R1=1K欧，R2=395欧，C5=47nf；4、仿真5、功能：数字显示的测量结果要求动态更新时间约0.5秒左右，所以要求一个频率约2Hz的时钟信号来控制刷新数据，保证结果显示稳定不闪烁。
三，调试说明首先要在示波器上稳定的出现5个波形，40khz的方波，17khz的方波，加上接收头之后的波形，经过347放大之后的正弦波，2hz经过非门整形之后的波形；其中值得注意的就是40khz的占空比一定要精确的得到50%，这个和你测试的准确度和高度直接相关，我们在提高高度的过程中其中一个步骤就是回过头来再去调整40khz的准确度。
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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附录20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 ----------------------------------- 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 ----------------------- 3 2.1.1 51 系列单片机的功能特点 -------------------------- 3 2.1.2单片机实现测距原理 ----------------------------- 3 2.2超声波电路结构 ---------------------------------- 4 2.3超声波测距系统的硬件电路设计 ------------------------- 4 2.4 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 ------------------------------- 17 4.2实物调试效果图 ---------------------------------- 18 4.3焊接电路板时所遇问题 ------------------------------ 19--- 6-——7 7 -----8——115总结------------------------------------ 6致谢----------------------------------- 20 20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。
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。
1.2设计的意义查找与超声波测距有关的资料，通过对资料的理解开发设计一种简单的单片机超声波测距装置。
设计完成后，制作PCB版图，最后完成实物的连线。
通过设计巩固对单片机知识的运用，并加强自我动手的能力。
1.3课题设计的任务和要求了解和掌握超声波传感器的原理、结构、特性和使用方法，超声波探测系统相关产品及及其国内外研究进展情况，利用单片机、PrOteUS和KeilC51工具设计出一种相应的探测识别系统，制作实物并进行测试。
1、了解和掌握该系统相关传感器（3-5种）的技术资料，包括其技术指标、原理图、封装形式、价格等；2、查找系统相关产品（3-5种）的技术资料，包括其技术指标、原理图、封装形式、价格等；3、查找与本系统相关论文（最近几年）（3-5篇）;4、选择一种传感器，利用单片机、PrOteuS和Keil C51工具设计出一种相应的探测识别系统，制作实物并进行测试；5、完成论文。
1课程的方案设计1.1系统整体方案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，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。
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、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。
目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。
根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
1.2系统整体方案的论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，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。
2系统的硬件结构设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
单片机采用AT89C51或其兼容系列。
采用11MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
单片机用P3.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。
显示电路采用简单实用的3位共阴LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP 三极管8550驱动。
2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理2.1.1 51系列单片机的功能特点5l 系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU 4kB的ROM 256 B的RAMl 2个16b的定时/计数器To和T1，4个8 b 的工/ O端I : IP0，P1，P2, P3, —个全双功串行通信口等组成。
特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。
5l 系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM 32条工/ O线；2个16b定时/计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。
空闲方式：CPU亭止工作，而让RAM定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。
掉电方式：保存RAMI勺内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。
5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。
充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
2.1.2单片机实现测距原理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tr ,然后求出距离S= Ct/2,式中的C为超声波波速。
限制该系统的最大可测距离存在U3I平j I IKJ射和入射声波之问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卜 τcτ⅛J6 亦 β± LI ；i ■ μ' Ji~ ........ Jt -IJ -■:接收能力将决定最小的可测距离。
为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可超声波接收电路2.3超声波测距系统的硬件电路设计本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时 间的计时，单片机选用AT89C51 ,经济易用，且片内有4K 的ROM ,便于编程'单片机发出40kHZ 的信号，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，用锁相环电路进行检波处理后，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，得出距离数并送LED 显示。
■J - C3 4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反∏≈采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法 丄n«n 丁花∖∖ J Vk于声波范围，其波速与温度有关m≡*i2.2超声波电路结构■ I Ifl A t .费-一J∙pLu-Γ⅛K ∣i5AUIH0CDEFG DF5≡34山_■ - O 1 Z 3 C-J寻~^3ΣΞ1"Z3∣ΛΠUUi≡Ξ" 1□Im:-1T 7⅛ 7P□U.⅛DOFDVΛD1 FD^AK PD^AD3FOVAP I .PDJVAK PDSAK F□z⅛crr√H.√.⅛1,Λ3W ⅛ ⅛ ?Nr<Z Z IPJDfIMi FH PiWIU PJJnmPJ.4HD F3f√∏Pl .；吋⅛a ---------------- --- - u∙T+HC3Γ30*r 3A ⅞G T 屯 Q g a Q 曲"QI2.4 PCB 版图设计:5Ho--EZZzH QSH⅛-±HU OE 1I—单片机硬件原理图tflZZ石IO E ⅛>o lo l⅞∙F 1T -J lPCB 版图（a ）PCB 版图（b ）3系统软件的设计超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。
我们知道 C 语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言 程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既 有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时）， 所以控制程序可采用C 语言编程。
3.1超声波测距仪的算法设计超声波测距的原理为超声波发生器 T 在某一时刻发出一个超声波信号，当这个 超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R 所接收到。
这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物 体的距离。