哈工大-超声波技术

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 2018 年 春 季学期创新研修课程考核（读书报告、研究报告）考核科目：超声波检测技术学生所在院（系）：电子与信息工程学院学生所在学科：电子信息学 生 姓 名学 号学 生 类 别：考核结果：阅卷人：超声波检测技术报告题目：超声波测距技术报告本 科 生： 学 号：学科：超声波创新研修报 告 日 期：2018.04.13.年 月 日一应用背景：超声波是指振动频率高于 20 kHz 的在弹性介质中传播的机械波。在现实生活中，经常要求非接触测量距离，目前， 用于非接触测量的方

2、法主要有两大类: 一是采用激光测距，另外一种就是采用超声波测距，相对于激光测距来说，超声波测距成本更低。目前，超声波测距广泛应用于机器人避障、车辆的定位、汽车倒车等领域常用方法：常用的超声波检测距离的方法有： 时间渡越法、相位检测法和声波幅值检测法。二拟采用的超声波测距方法及原理：本文以 STC89C52 单片机为核心，选用 HCS04 超声波模块设计一款低成本、高精度、能动态显 示的超声波测距系统，并且采用 DS18B20 温度传感器 进行温度补偿，本系统能实现的测距范围为: 2 cm 4 m，测量精度为0 3 cm，盲区为2 cm。 方法：时间渡越法常用于测量距离较长，测量精度较高的场合基

3、本超声波测距原理：超声波测距原理图超声波测距原理为发射换能器向外发射超声 波同时开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物后反射，接收换能器收到超声波马上停止计时。假设 s 为发射源与目标障碍物之间的距离( m) ，t 为发射与接收超声波之间的时间差( s)，v 为超声波在空气中的传播速度( m / s) ，则被测物体的距离为s = vt /2三拟采用的测距方法优点和缺点优点：设计的超声波测距系统体积小、成本低、易操作，具有精度高、抗干扰性强等优点，可满足自动控制系统中距离、 物位和液位等大多数要求较高的测量环境中的测距要求。其非接触性、防尘防雾等特点被广泛应用一种基于单片机的超声波测距系统，

4、能实时显示和保存测量数据，也可以设置报警阈值，在 内其精度达到了。本文采用的系统可提供 2 400 cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到毫米( mm) 级。如前面所说超声波测距的方法主要有三种: 相位检测法; 声波幅值检测法; 渡越时间检测法，本文采用的是渡越时间检测法，其系统框图如图1 所示。 由于超声波的传播速度与温度有关，当对测量精 度要求较高时，需要采用温度补偿方法进行校正，本文 采用 DS18B20 温度传感器实时测量温度， c = c0 +0 607T 式中: c0 为 0 时的声波速度， c0 = 331 4 m/s， T 为当前环境实际温度。四整体结构框图： 五软硬件

5、结构：1. 系统硬件电路设计 1）温度传感器： DS18B20 由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，对于测量精度要求比较高的场合，必须要通过温度补偿的方法以减小误差，可以在传播的过程中安装固定的反射板使得测量的距离与温度无关。本系统采用 DS18B20 温度传感器实时测量环境温度， DS18B20 温度传感器具有不受外界干扰、测量范围宽 ( 55 +125 ) 、测量精度高等优点，其检测电路如图2 所示， P2 2 口接 DS18B20 的数据总线，用来控制 DS18B20 进行数据传输和温度转换，通过参数 配置可以使得 DS18B20 的测量分辨率达到9 12 位; 此外，数据总线上接一

6、个 4 7 10 k 的上拉电阻，使得当总线闲置时其状态为高电平。 2）超声波模块 ：本文的超声波测距系统采用 STC89C52 单片机作温度检测电路为控制器，超声波模块选用 HC-S04，超声波模块原理图如图3 所示超声波模块通过 IO 口与单片机连 接起来，单片机通过控制口给出至少10 s 的高电平 触发信号，超声波模块 HC-S04 自动发送8 个40 kHz 的方波，自动检测是否有信号返回，一旦有回响信号，通过 IO 口输出一高电平，此时，单片机中的计时器 打开开始计时，当回响信号变成低电平时关闭计时器。 超声波时序图如图4 所示，根据计时器记录的时间间隔t可以算出发射点距障碍物的距离

7、。 3） 显示模块 本系统设计采用 LCD1602 液晶屏，液晶显示屏具 有功耗低、体积小等优点，其电路图如图 5 所示，引脚 3 接了一个 10 k 的可调电位器，用来实现液晶屏亮 度的调节，通过液晶屏的控制线 S、 /W、 E 分别接单片机 STC89C52 的 P1 0、 P1 1、 P2 5。2. 软件设计：系统软件采用模块化设计，由主程序、温度检测子程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、定时子 程序、显示子程序等模块组成。图 6 为系统主程序流 程图，主程序完成初始化后，由 STC89C52 单片机 P2 0 口发出40 kHz 的方波，自动检测信号的返回，一旦有信号返回，单片机P2 1 口变成高电平，同时开计时器， 当 P2 1 口变成低电平时，关闭计时器，从而可以计算 出渡越时间; P2 2 口连接 DS18B20 进行温度测量，算出此温度下超声波的传播速度，单片机再调用计算子程序，即可计算出传感器与被测物之间的 距离，测量结果通过 LCD1602 显示。 本文设计的基于 STC89C52 的超声波测距系统具 有结构简单、易于操作等优点，通过 LCD1602 能实时 显示测距