超声波测距-科研立项申请表.doc

江苏师范大学科文学院学生科研课题立项申请表项目编号_申请课题 超声波测距仪 申 请 人 宋加亮 班 级 08电信 所 在 系 信息科学系 申请日期 2011-9-23 徐州师范大学科文学院学务部制研究课题名称超声波测距仪起止年月2011-9-252011-4-25-申请金额500成果形式实物申请人姓名性别男系别信科班级08电信指导老师姓名性别男专业计算机职称讲师课题组成员姓名性别系别班级在本项目中分工男信科08电信总体方案的设计男信科08电信焊接电路及调试男信科08电信编写主程序男信科08电信查阅资料研究项目主要内容超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。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日常使用的要求。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的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。设计的超声波测距器利用超声波传输中距离与时间的关系，采用以AT89S52单片机为核心进行控制及数据处理，最终完成低成本、研究项目主要内容高精度、微型化数字显示超声波测距器的硬件电路和软件设计。该测距器主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、系统电源电路及显示电路构成。整个程序采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器的各种功能。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。经过实验表明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，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，还能有效地解决汽车倒车，液位、水深、管道长度的测量问题 通过该设计能进一步了解和加深智能化仪器设计的一般原则；熟练掌握智能化仪器与装置的软、硬件设计方法；掌握仪器的软件调试及软硬件联合统调方法与技能。掌握仪器的接口技术和程控方法；熟练掌握仪表总线的工作原理、设计步骤、编程及调试；掌握C语言设计软件的编程与调试方法；掌握网络化仪器设计编程与调试方法。拟采取的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排、步骤和进度等）：一、设计任务与技术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） 以数字的形式显示测量距离。二、总体设计思路（1）超声波测距原理发射器发出的超声波以速度在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波波速与温度的关系表温度（）-30-20-100102030100声速（ms）313319325323338344349386(2) 超声波测距仪原理框图如下图所示单片机发出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。超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机控制显示器（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语言和汇编语言混合编程。三、设计的进程安排序号阶段及所需时间主要完成内容1第一阶段：（14周）审题，查阅相关资料完成开题报告2第二阶段：（510周）依据相关的资料进行总体设计3第三阶段：（1115周）采用万用版进行元器件焊接4第四阶段：（1620周）采用C语言进行主程序编写5第五阶段：（2127周）系统总体运行调试6第六阶段：（2830周）检查系统的准确性、稳定性研究的阶段成果及最终成果：一、阶段成果1、本项目训练的目标：将理论知识应用于实践，基于AT89S52单片机设计制作超声波测距硬件电路，利用PROTEL画原理图，利用C语言编写相关软件程序，并完成系统的统调。同时，通过项目的实施，一方面培养各成员独立分析问题、解决问题的能力，另一方面培养项目组成员团队合作解决问题的素养。2、本项目的前期准备工作：查找相关资料，进行总体方案设计，划分软硬件功能。3、组织实施（进行任务划分）： 硬件电路设计、元器件选型，元器件焊接以及电路板性能测试，利用C语言进行程序设计，系统统调。4、项目实施过程中，由指导老师参与进行总体方案的设计以及系统统调，在充分查阅资料后进行原理图设计，经过论证和指导老师审核后进行元件焊接以及单元电路调试，由责任同学完成，其他同学也可以适当参与。适时进行讨论会，讨论并解决各自所遇到的问题，如果问题比较复杂，可以延长会议的时间及增加会议的次数，必要时请指导老师参加。5、项目结题：制作好的超声波测距仪，项目实施相关的设计资料（原理图，元器件清单，C语言源程序），撰写结题报告和系统使用说明。二、最终成果1、超声波测距仪电路原理图2、基于AT89S52单片机制作的超声波测距仪硬件电路3、超声波测距仪C语言源程序5、超声波测距仪使用手册6、完成的系统可用于学生的单片机实验本研究项目的科学依据和意义（包括科学学术意义和应用前景，国内外研究概况，发展趋势，立论依据，特色或创新之处等）：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。超声波测距仪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AT89C52或其兼容系列。采用12MHz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P1.0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4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。指导老师意见（对本项目的研究意义、研究方案、取得预期成果的可能性、是否同意立项等签署具体意见）：该项目对学生单片机实践能力的培养具有一定的理论和实践价值，并且得到了学校和系部