基于HT46F49E的超声波测距系统

论文摘要

超声波不受光线、色彩、电磁干扰等影响,能适应较恶劣的环境,所以基于超声波的无损检测(简称NDT)越来越受到人们的关注,超声波测距就是其中之一。市场上有很多类型的测距仪,而超声波测距仪以其独特的优势,使之在市场上占有一席之地。近些年,电子产品的迅猛发展,使得基于单片机的超声波测距仪电路更简单,信号处理更方便。本文以单片机为微控制器实现高精度超声波的距离测量,单片机选用台湾盛群半导体有限公司生产的HT46F49E,它具有高可靠性、低成本、低故障率等优点。该芯片内置了A/D转换器,可减少外围器件的数量。超声波测距是根据超声波遇到障碍物发生反射的原理而设计的。通过测量传输时间实现距离的测量。超声波在空气中衰减较大,远距离测量时往往信号不稳定,测量误差较大；而近距离测量时,回波信号受发射信号影响较大,则会产生较大的测量盲区。文章分析了影响超声波测距仪量程和测量精度的相关因素,在系统设计中,发射端通过提高发射信号的功率补偿超声波在空气中的衰减；接收端首先对回波信号进行两级放大,然后利用二阶低通滤波器对信号滤波,之后再对信号进行倍压整形,最后信号通过比较电路形成较好的波形去触发单片机。此外,电路还增加了温度测量电路,用以补偿温度对测量结果造成的误差。测量结果表明系统的测量量程适中,具有较高的精度和可靠性。测距仪的测量范围是4cm～300cm,近距离测量误差不超过1cm；远距离测量误差大于1cm。本文最后结合测量结果分析了误差产生的其他因素,并提出了较小误差的改进方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声波测距仪的发展和应用
• 1.3 现存问题和研究思路
• 1.4 本论文的章节安排
• 第二章 超声波传感器测距原理与影响分析
• 2.1 超声波的特点与性质
• 2.1.1 超声波的特点
• 2.1.2 超声波的反射与折射性质
• 2.1.3 超声波的衰减
• 2.2 超声波传感器
• 2.2.1 超声波传感器的分类
• 2.2.2 超声波传感器的结构
• 2.2.3 超声波传感器的基本特性
• 2.2.4 超声波传感器的主要性能指标
• 2.2.5 超声波传感器的等效电路
• 2.3 超声波测距的原理
• 2.3.1 三种测距原理
• 2.3.2 本课题的测距原理
• 2.4 影响测距的因素
• 2.4.1 温度对速度的影响
• 2.4.2 发射信号的脉冲宽度
• 2.4.3 盲区
• 第三章 超声波测距仪的硬件电路设计与分析
• 3.1 测距仪硬件系统组成
• 3.2 HT46F49E介绍
• 3.2.1 芯片管脚介绍
• 3.2.2 HT46F49E的系统体系结构
• 3.2.3 看门狗定时器
• 3.2.4 A、D转换器
• 3.3 测距仪发射电路
• 3.4 测距仪接收电路
• 3.4.1 前置放大电路
• 3.4.2 滤波电路
• 3.4.3 整流电路与比较电路
• 3.5 温度检测电路
• 3.6 LCD显示电路
• 3.7 电源
• 第四章 超声波测距仪软件系统分析与设计
• 4.1 软件检测往返时间
• 4.1.1 定时/计数器
• 4.1.2 发射方波的产生
• 4.1.3 利用中断检测往返时间
• 4.1.4 测时结果处理
• 4.2 温度检测
• 4.3 测量结果显示
• 4.4 软件中计算的注意事项
• 4.5 系统开发环境
• 4.5.1 仿真环境HT-IDE3000
• 4.5.2 硬件仿真器HT-ICE
• 4.5.3 程序烧写
• 第五章 测量结果及分析
• 5.1 测量结果
• 5.1.1 结果分析
• 5.1.2 测量盲区
• 5.2 误差分析与改进
• 5.2.1 超声波回波信号的影响
• 5.2.2 计数误差
• 5.2.3 被测物的影响
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢