1、毕业设计开题报告 电子信息工程 超声波测距仪的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 一般认为，关于超声的研究最初起始于 1876 年 F1Galton 的气哨实验。当时 Galton 在空气中产生的频率达 300K Hz, 这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是， 1912 年豪华客轮 Titanic 号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超 声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，再加上其具有的高精
2、度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声的大规模研究始于 1956 年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。中国测试技术研究所李茂山在超声波测距原理及实践技术中详细地阐述了超声波的测距原理，并给出了实现超声波测距的具体 框图，并讨论了影响超声波测距精度的几种原因。 1998 年，曼内斯德马泰克 (秦皇岛 )有限公司推出了一种数字式超声波位移测量仪，李忠杰在数字式超声波位移测量仪的研究一文
3、中介绍了这种数字式超声波位移测量仪的结构，工作原理和功能，其数据处理借助于单板机，给出了程序框图，对仪表的各部分硬件电路做了较详细的说明，并列出了部分仪表的实测数据，并分析了误差产生的原因。在此文中，给出了超声波测距仪在对液压缸位移进行测量时与其它位移传感器的优势所在，并给出了单片机的程序框图。中国科学院上海声学实验室的王润田在双频超声波测 距一文中提出了一种双频超声波测距的原理和方法，由于空气对超声波的吸收与超声波的平方成正比，因此，用来测距的超声波的频率不能很高，但另一方面频率越低，波长越长，测长的绝对误差就越大，测距的范围加大与测量精度实际上是一对矛盾。王润田提出，为了在一个较长的范围内
4、达到测距的精度，在测距时同时发射两个频率的超声波，频率较大的测较近的距离，频率较小的测较长的距离，这样在较大的范围内实现较高的测距精度。 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信 相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外传感器、压力传感器等等，其中，超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一
5、些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和 应用。 在测距领域，传统的测距方法都是用一种带有标准刻度的测量工具进行有接触的测量，这种测量方法虽然被广泛的应用在生活中，但在有些场合却无法完成测距的任务，如在井深，液位，管道长度的测量。而且这种方法在数据的读取和保存都需依靠人工的方法，对数据的后期处理也相对麻烦。为了克服传统测距方法在上述场合的不适用，在电子产品发展中，新兴出一种新的测距方法非接触测距。 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
6、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。利用超声波检测往往 比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。并且超声波测距可以实现与被测物体无直接接触，测量非常简便。超声波测距器应用范围极其广泛，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，也可用于如液位、井深、管道长度等的测量。超声波测距主要由发射部分、接收部分、控制部分和显示部分等几个部分组成，结构简单，便于设计与维护。 除了超声波测距以外，目前常用的测距主要方式还有雷达测距、红外测距、激光测距。与这几种测距方法相比较，超声测距具有下面的优点： (1) 超声波对色 彩和光
7、照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体 (如玻璃、抛光体 )。 (2) 超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。 (3) 超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。 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
8、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。 二、研究步骤、方法及措施： 1、搜索，整理，研究已有超声波发生器 2、研究超声波测距原理 3、超声波测距 仪的硬件设计 4、超声波测距仪软件编写 5、调试 6、整理并编写设计，形成论文 三、参考文献 1.刘凤然 .基于单片机的超声波测距系统 J.传感器世界 .2001(5
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