超声波报警器

绍兴文理学院

电子信息工程专业

传感器原理与应用课程设计报告

设计题目：超声波报警器

专业：电子信息工程

班级：电信111 学号： XXXXX 姓名： XXXXX 同组人员： XXXX 指导老师： XXXXX 完成日期： 2015-1-6

目录

1 设计任务和性能指标 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2 性能指标 (1)

2 设计方案 (1)

2.1 需求分析 (1)

2.2 方案论证 (1)

3 系统硬件设计 (3)

3.1 单片机 (3)

3.2 超声波模块 (4)

3.3 按键模块 (5)

3.4 显示模块 (6)

3.5 报警模块 (6)

4 安装、调试/仿真、调试 (7)

4.1 调试步骤 (7)

4.2 实验测试结果/仿真结果及性能分析 (7)

5 总结 (8)

6、参考文献 (8)

附录1 系统硬件电路图/仿真电路图 (9)

附录2 元器件清单 (9)

附录3 程序清单 (10)

1 设计任务和性能指标

1.1 设计任务

1.设计并制作一个超声波报警器，当距离小于设定值时，发出警报信号。

2.超声波报警器的报警距离可调。

3.超声波报警器可显示实测距离和设定距离。

1.2 性能指标

1.测量最大距离达到2米。

2.测距误差小于5%。

3.反应时间小于0.5秒。

2 设计方案

2.1 需求分析

随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。

对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1s意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。

2.2 方案论证

超声波的测距方案有三种，分别是相位的检测法、幅值的检测法和渡越时间法。

1.相位的检测法

相位的检测法可分2种，方法一是用发射不同频率超声波来显现的。先发射波长为1λ的超声波，检测出回波相位为1ϕ 。假设所用的波周期数m ,则能求的

目标物体的距离为：

1

12L m ϕλπ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭

同样道理可以算出第二束波形测距的计算公式为：

2

22L n ϕλπ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭

其中：2ϕ 为第二束波的相位角，2λ 是波长，n 是周期数。又由于m 和n 都为正数,与此同时再一次进行时间补偿算法，可准确求目标距离值。但是因为超声波探头是有固定频率，假设改变频率，系统衰减会大，需要两套信号的检测电路，实施难度加大，不适宜采用。

方法二是使用单一超声波的探头来进行相位的检测法检测，这种方法是待测距离在一个周期内使用，若过选用40kHz 超声波为传播介质，一个周期对应检测距离为()3400.0000250.00858.5L m mm =⨯== ，因此这种方法的准确度很高。

2.幅值的检测法

发射固定频率的超声波，接着使用反射或对射法的检测接收得到的超声波脉冲的强度，从超声波回波衰减理论，认真对回波脉冲强度的进行分析，从而求得目标距离。

3.渡越时间法

渡越时间意思是开始从传感器发射出超声波开始计时，经气体的介质传播，达到传感器接收到回波时计时的停止。因为在一定的环境下，温度不会变化，或变化较缓慢，可近似认为常数，这时声速是保持不变的，所以能通过检测渡越的时间，结合现场声速，从而求得传感器和目标之间的距离。

经过上述的分析可知，相位的检测法和幅值的检测法精度都比较高，但是实现难度都比较大且开销也比较大，渡越时间法手环境因素影响，因而其精度不高，但其实现难度和开销较低。由于我们设计的超声波报警系统主要用于汽车防撞，因此对精度的要求并不是很高，因此综合考虑了价格、难度等因素后选择了渡越

时间法。

3 系统硬件设计

超声波报警器由超声波模块、单片机、显示模块及报警模块组成，其系统框图如下所示：

图1 系统框图

下面将介绍各模块的功能并且给出各模块的硬件电路。

3.1 单片机

该模块是超声波报警系统的核心，需要接收按键模块和超声波模块的信息并对获得的信息进行处理，然后将数据传送到显示模块进行显示并控制报警系统。在该模块中选用了STC89C52单片机，其最小系统电路如下图所示：

图2 STC89C52单片机最小系统电路图

3.2 超声波模块

该模块实现将实现超声波的发送和接收，通过发送和接收时间差实现距离的

测量。该模块采用了HC-SR04超声波测距模块，该模块的电路图如下所示：

图3 HC-SR04超声波测距模块电路图3.3 按键模块

该模块主要实现报警距离的设定，其电路图如下所示：

图4 按键模块电路图

3.4 显示模块

该模块主要实现测量距离的显示和测定离的显示，选用NOKIA5110液晶，其电路图如下所示：

图5 NOKIA5110液晶电路图

3.5 报警模块

该模块主要实现报警功能，当实测距离小于设定距离时警醒报警，该模块电路图如下所示：

图6 报警模块电路图