基于单片机控制的超声测距系统的研究

论文摘要

在空气介质中,超声测距传感器因其性能好,价格低廉、使用方便,在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统,以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰,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,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。为此,深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路,对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。本文详细介绍了一种利用单片机设计的软件控制的,由CX20106A、DS18820等集成元件组成硬件电路的超声波非接触式测距系统。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离。在本文中,描述了本系统研制的理论基础,概述了超声检测的发展及基本原理;在介绍超声测距系统功能的基础上,提出了系统的总体构成;介绍了超声传感器的原理及特性,研究了超声传感器的发射及接收电路,其中检波接收电路和温度补偿电路分别使用了两款集成芯片,减少了电路之间的相互干扰,减小电噪声。最后利用测距系统进行验证。在论文研究过程中对各部分电路及系统进行了实验,实验表明,各主要波形及技术指标均达到设计要求。该系统具有硬件结构简单、成本低、工作可靠、流程清晰、精度高等优点,并能实现距离的实时显示,在有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性。最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 超声测距研究的历史与现状
• 1.3 论文的主要研究内容和章节安排
• 第2章 超声测距技术综述
• 2.1 超声测距原理
• 2.1.1 超声波及超声波的传播速度
• 2.1.2 超声的衰减
• 2.1.3 超声换能器
• 2.1.4 超声测距原理
• 2.2 典型的超声测距系统
• 2.3 凌阳单片机测距
• 2.3.1 SPCE061A特性简介
• 2.3.2 超声波测距简介
• 2.3.3 系统总体方案介绍
• 2.3.4 硬件系统原理
• 2.3.5 软件设计
• 2.3.6 设计特点及存在的问题
• 第3章 超声测距系统设计
• 3.1 电路工作原理及设计
• 3.2 超声测距系统的工作过程
• 3.3 超声测距系统硬件实现
• 3.3.1 发射电路
• 3.3.2 脉冲变压器及匹配电路
• 3.3.3 检波接收电路
• 3.3.4 温度补偿电路
• 3.3.5 显示电路
• 3.4 超声测距系统软件实现
• 3.4.1 主程序
• 3.4.2 超声波发生子程序
• 3.4.3 超声波接收中断程序
• 3.4.4 测温子程序
• 第4章 实验结果分析及改进
• 4.1 实验过程及分析
• 4.2 误差分析及改进措施
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果