北华大学智能仪器实习报告超声波

《北华大学智能仪器实习报告超声波》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、北华大学智能仪器课程实习报告设计题目：超声波测距系统的设计专业：测控技术与仪器班级：12-2姓名：学号：1.1超声波简介31.2超声波测距原理及应用32总体方案设计42.1设计任务42.2方案论证43.硬件电路设计43.1超声波发射与接收电路设计43.3控制模块选择83.4液晶显示模块设计94软件设计114.1编程环境介绍114.2软件功能需求分析11具体程序详见附页。125整机调试与性能测试126实习总结12参考文献：141概述智能仪器课程是一门综合性、实践性强的课程，涉及到基础理论及各种当代新技术的具体应用，要求学生不仅能够掌握书木上的理论知识

2、，还要具有实践动手能力其至系统开发能力。在本次智能仪器课程实习当屮，我组成员选择了《超声波测距系统》》课题进行研究设计。1.1超声波简介超声波是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫。超声波主要冇以下特点：（1）超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。（2）超声波能在各种不同媒质屮传播，且可传播足够远的距离。（3）超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生和应效果。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金展探伤，工件清洗，测距，声纳探测等领域。1・2超声波测距原理及应用单片机

3、发11140RHZ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，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。图1-1超声波测距仪原理框图2总体方案设计2.1设计任务虽然目前的超声波测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。因此在本次实习中，针对超声波测距系统的设计任务主要是设计高精度超声波测距系统，要求精度〈二lmm。2・2方案论证根据超声波测距公式l=cxt,可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的吋间误差引起的：(1)传播

4、速度误差：超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系。对于超声波测距精度要求达到lnmi时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0°C时超声波速度是332m/s,30°C时是350m/s,温度变化引起的超声波速度变化为18m/so若超声波在30°C的环境下以0°C的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m,测量lm误差将达到5mmo(2)时间误差：当要求测距误差小于1伽时，假设已知超声波速度C二344ni/s(20°C室温)，忽略声速的传播误差。测距误差sAK(0

5、.001/344)~0.000002907s即2.907ns。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间并值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。因此，为了提高超声波的测距精度，我们主要叮从这三个方面入手进行系统设计：(1)采用高性能的超声波发射与接收电路，从硬件入手提高测量精度。(2)釆用高速计数/定时器，可进行微秒级别的计时，即保证时间差值精度达到＜=luso(3)加入温度补偿部分，检测当前测量环境下的温度，可进行口动校准测量系统。3、硬件电路设计超声波发射与接收电路，控制单元(MCU),温度测量电路，液晶显示模块，

6、电源电路3・1超声波发射与接收电路设计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、磁致仲缩型和电动型等；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。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。在该测量系统中，我们可采用广泛使用的压电式超声波传感器。并且直接使用现有的超声波模块HY-SRF05,其实物图及引脚定义下图所示：烹蠶输出端crCUNVTEOG123453.1.1IIY-SR

7、F05的特点:该超声波测距模块可提供2到450厘米的非接触式距离感测功能，测量精度最高可达到1mm,模块包括超声波发射器与接收器以及控制电路。基本工作原理：（1）采用10口触发测距，至少给10us的高电平信号触发（2）模块自动发送8个40KHZ的方波，自动检测是否冇信号返回；（3）有信号返回，通过10口ECIIO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返冋的吋间3.1.2电气参数;电气参数HY-SRF05超声波模块工作电压DC5V工作电流工作频率最远射程15mA40Hz4.5m最近射程测量角度2cm15度输入触发信号输岀回响信号10uS的T

8、TL脉冲输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm3.1.3读写时序图:10uS的TTL妙信号模块内部发