基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书.docx
《基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书.docx(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书
课程设计说明书
成绩
题目基于超声波传感器的测距系统设计
课程名称检测技术及系统课程设计
1.课程设计应达到的目的
通过对本课程的设计,使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术,了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理,通过对检测系统的设计与分析,增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。
2.课程设计题目及要求
题目:
基于超声波传感器的测距系统设计
要求:
(1)测距范围:
0~200mm,测距精度:
±1mm;
(2)根据题意,明确测距系统性能指标及系统能完成的功能;
(3)根据系统要求,选择合适的传感器;
(4)设计传感器测量电路;
(5)选择单片机的品种、型号,设计单片机的外围测量电路;
(6)计算有关的电路参数,有条件的情况下,根据实验室现有设备进行实验数据的测取,明确测量电路输出与被测非电量的关系;
(7)画出系统原理框图(此部分放在说明书的开始);
(8)画出系统电路图,最好用PROTEL画;
(9)在说明书中详细说明本系统工作原理。
3.课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕
(1)给出设计说明书一份;
(2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据;
(3)在说明书中附上完整的系统电路原理图(手画或用PROTEL画)。
4.主要参考文献
1、李现明,吴皓编著.自动检测技术.北京:
机械工业出版社,2009
2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京:
机械工业出版社.2001
3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京:
人民邮电出版社.2000
5.课程设计进度安排
起止日期
工作内容
13年6月3日
布置设计任务,熟悉课题,查找资料;
13年6月4日
结合测控对象,选择合适的传感器,理解传感器性能;
13年6月5日
做实验,设计传感器测量电路,选择合适的单片机,设计其外围电路;
13年6月6日
设计电路参数,有条件情况下,在实验室进行实验,进一步理解测量电路输入输出关系;
13年6月7日
继续设计论证电路参数,完善系统设计方案;
13年6月8日
查找资料,理解系统各部分工作原理;
13年6月9日
理清系统说明要点,着手设计说明书的书写;
13年6月13日
书写设计说明书,充分理解系统每一部分作用;
13年6月14日上午
完善设计说明书,准备设计答辩。
13年6月14日下午
设计答辩。
6.成绩考核办法
平时表现30%,设计成果40%,答辩表现30%.
教研室审查意见:
教研室主任签字:
年月日
院(系、部、中心)意见:
主管领导签字:
年月日
1.超声波测距系统总体设计..........................................................1
1.1超声波和超声波传感器.......................................................1
1.1.1超声波...........................................................................1
1.1.2超声波传感器结构........................................................1
1.2超声波测距系统原理及测量方法........................................3
1.3超声波测距系统主要参数论述............................................4
1.3.1工作频率.........................................................................4
1.3.2指向角介绍.....................................................................4
1.3.3温度介绍.........................................................................4
1.4总体设计................................................................................5
2.超声波测距系统硬件设计..........................................................6
2.1时钟电路和复位电路.............................................................6
2.2发射部分电路........................................................................7
2.3接收电路................................................................................8
2.3.1CX20106的应用.............................................................8
2.3.2显示电路.........................................................................9
2.4温度测量电路........................................................................10
2.5报警电路...............................................................................10
3.超声波测距系统软件设计.........................................................11
3.1软件设计原理.......................................................................11
3.2主程序分析...........................................................................12
3.3子程序流程图......................................................................13
3.4测量温度子程序..................................................................14
3.5系统误差分析及改进..........................................................16
3.5.1误差产生原因分析.......................................................16
3.5.2针对误差产生原因的系统改进方案...........................17
4.运行图........................................................................................17
总结...............................................................................................18
参考文献........................................................................................18
附录1超声波距离探测器设计原理图.......................................19
附录2源程序...............................................................................20
基于超声波传感器的测距系统设计
一.超声波测距系统总体设计
1.1.超声波和超声波传感器
1.1.1.超声波
在科学史上,人们很久以前对声音信号就有了认识,我们生活的世界充满了各种可
听的声信号。
声学是最早发展的学科之一。
我国两千多年前的先秦时期,在乐律和乐器的
研究方面,对声学的发展作出了重要的贡献。
在国外,19世纪,声学已成为具有现代意义
的科学并发展到相当高的水平。
然而超声波人们发现的就相对晚一点了。
由于超声是人耳听不到的信号,直到18世
纪,人们在研究蝙蝠、海豚等动物时,才推测自然界中存在超声。
我们知道以前在物理课中学过,人们可听到的声音频率为20HZ-20KHz,即为可听声波,
超出频率范围的声音,即20Hz以下的声音称为低频声波,频率高于人类听觉上限频率(约
20KHz)的声波,称为超声波,或称超声。
声波的速度越高,越与光学的某些特性如发射定
律、折射定律相似。
由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向不同,声波的波形
也不同。
一般有以下几种:
①纵波
质点振动方向与传播方向一致的波,称为纵波。
它能在固体、液体和气体中传播。
②横波
质点的振动方向与传播方向相垂直的波,称为横波。
它只能在固体中传播。
⑧表面波
质点的振动介于纵波和横波之间,沿着表面传播,振幅随着深度的增加而迅速地衰减,
称为表面波。
表面波只在固体地表面传播。
1.1.2超声波传感器结构
超声波为直线传播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强,为此,利用超
声波的这种性质就可制成超声波传感器。
它是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声
能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。
目前常用的超声传感器有两大类,
即电声型与流体动力型。
电声型主要有:
1.压电传感器:
2.磁致伸缩传感器:
3.静电传感器。
流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。
压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。
探头由压电晶片、楔块、接头等组成,
是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件,是超声波检测装置的重
要组成部分。
压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。
属于晶体的如石英,妮酸铿等,属于压
电陶瓷的有错钦酸铅,钦酸钡等。
其具有下列的特性:
把这种材料置于电场之中,它就产生一定的应变:
相反,对这种材料施以外力,则由
于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。
所以,只要对这种材料加以交变电场,
它就会产生交变的应变,从而产生超声振动。
因此,用这种材料可以制成超声传感器。
传感器的主要组成部分是压电晶片,当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动,即可
发射声脉冲,是逆压电效应。
当超声波作用于晶片时,晶片受迫振动引起的形变可转换成
相应的电信号,是正压电效应。
前者用于超声波的发射,后者即为超声波的接收。
超声波