毕业设计开题报告超声波测距.docx

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毕业设计开题报告超声波测距

毕业设计（论文）开题报告

学生姓名：

学号：

所在学院：

专业：

通信工程

设计（论文）题目：

基于STM32的超声波测距仪

指导教师：

2014年2月25日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

一、课题研究背景、目的和意义

传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、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、红外线传感器、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。

超声波测距是一种典型的非接触测量方式。

超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。

且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。

超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。

它是一种指向性强，能量消耗慢的波。

它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，可解决超长度的测量。

二、超声波测距仪的整体设计思路

超声波测距一般采用渡越时间法。

超声波测距的实质是时间的测量，即：

用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即

S=12ct

其中，c为空气介质中声波的传播速度。

在常温下，超声波的传播速度为340m/s，但其传播速度c易受到空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中温度的影响最大。

一般温度每升高1℃，声速增加约为m/s。

c=×√1+T/273

≈+（m/s）

式中，T为环境温度。

三、系统组成

超声波测距系统由STM32单片机、超声波发射电路、接收电路、放大电路、比较整形电路、测温电路等组成。

系统以STM32单片机为核心，协调各部分电路工作。

STM32单片机首先发出一系列频率为40kHz的方波，输送给超声波发射电路并激励出超声波。

超声波在空气中传播，遇障碍物返回，进入超声波接收器，然后经过滤波、放大、整形，进入单片机。

系统框图如图1所示。

三、设计方案

本文在理论方面对超声测距实际方案做了深入研究，系统以STM32单片机为核心，协调各部分电路工作，并采用4OKHz压电超声传感器完成超声测距仪的设计。

系统框图如下图所示：

系统设计方案图

由单片机发出40KHz的方波信号进入超声波发射电路，经功率放大器放大后进入超声波发射头。

超声波发射头发射的超声波在空气中传播一段时间后经前方被检测物体反射回来，由超声波接收头接收，超声波电路中的接收芯片对信号放大整形，超声波接收电路接收回波后发出一个下拉电平使单片机进入中断程序，在中断程序中，单片机从检测电路读取数值并换算成当前声速，应用时差法计算所检测的距离，最后所有的数据都在液晶显示屏上显示。

四、软件设计原理

在系统硬件构架了超声测距的基本功能之后，系统软件所实现的功能主要是针对系统功能的实现及数据的处理和应用。

软件需要实现以下功能：

1.信号发射控制

在系统硬件中，已经完成了发射电路、接收放大电路、滤波及门限检测的设计。

在系统软件中，要完成脉冲串的输出。

2.数据存储处理

为了得到发射信号与接收回波间的时间差，要读出此时计数器的计数值，但不能作为距离值直接显示输出，因为计数值与实际的距离值之间转换公式为:

S=*V*T=*344*T=172*T

其中，T为发射信号到接收之间经历的时间。

由于单片机是按照16进制进行运算，所以得出的S并不能直接显示，需要进行转换。

在这个部分中，信号处理主要包括计数值与距离值换算，以及二进制与十进制转换。

五、调试

硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。

根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。

参考文献：

[1]陈莹．基于单片机的超声测距系统[M]﹒硕士学位论文．武汉：

华中科技大学，2004.

[2]罗忠辉，黄世庆．提高超声测距精度的方法[M]．北京：

机械设计与制造，2009年1月第1期：

22-23

[3]周应华，蔡雪梅，刘燕飞．超声测距系统设计[M]．北京：

装备制造技术，EquipmentManufacturningTechnology，2008年11期：

19-22

[4]童峰，许水源，许天增．一种高精度超声波测距处理方法[M]．厦门：

厦门大学学报（自然科学版），JournalofXiamenUniversity（NaturalScience），2004年7月，第37卷，第4期：

30-31

[5]胡永峰，石景波．一种应用于超声波检测中的自相关算法[J]．北京：

现代电子技术，2005

（2）：

10-12

[6]潘仲明，简盈，王跃科．大作用距离超声波传感技术研究[M]．北京：

传感技术学报，2006（19）：

29-31

[7]范立南，李雪飞，尹授远．单片微型计算机控制系统[J]．北京：

人民邮电出版，2004

[8]李群芳．单片微型计算机与接口技术（第二版）[J]．北京：

电子工业出版社，2005

[9]童诗白．模拟电子技术基础[J]．北京：

高等教育出版社，2000．21

[10]宋文绪，杨帆主编．传感器与检测技术[M]．北京：

高等教育出版社，2004．13

[11]何希才，薛永毅编著．传感器及其应用实例[J]．北京：

机械工业出版社，2004

[12]薛丽芳，汪卉，彦文俊.基于超声波的距离测量[J].自动化与仪表，2007,（05）

[13]苏伟.巩壁建.超声波测距误差分析[J].传感器技术，2004

[14]王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARMCortexM3微控制器原理与实践.[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2009．

[15]李宁．基于MDK的STM32处理器开发应用[M]．北京：

北京航空航天大学出版社，2008．

[16]S.Hirata,M.K.Kurosawa,T.Katagiri,“Cross-correlationbySinglebitSignalProcessingforUltrasonicDistanceMeasurement,”IEICETrans.Fundamentals,vol.E91-A,no.4,Apr.,2008,pp.1031-1037.

[17],Ultrasonics[Russian translation],Moscow

毕业设计（论文）开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、本课题研究或解决的问题

1、设计出以单片机为核心控制声波测距仪系统，在广泛借鉴了各种设计的优点的同时，充分考虑设计中的各个环节，包括产生40KHz的方波，在接收电路中，对所接收方波进行滤波、放大、整形等步骤。

以及超声波发射和接收过程中所产生的温度误差，硬件电路误差的分析。

2、超声波测距仪的设计要求：

（1）设计出超声波测距仪的硬件结构。

（2）对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。

（3）对设计的电路进行分析。

（4）以数字的形式显示测量距离。

二、本课题拟采用的研究手段（途径）

1、系统采用高速单片机STM32做微处理器，利用其内部高级定时器资源消除了测距系统启动发射和启动计时之间的偏差以及收到中断到中断响应停止计时之间的滞后，提高了测距精度。

本设计采用以STM32单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。

整个店里采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。

各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。

在此基础上设计出系统总体方案，最后通过硬件和软件实现各功能模块。

2、本课题主要研究步骤

1）通过阅读书籍掌握超声波测距仪原理，用单片机控制超声波的产生发射与接收

2）通过STM32单片机控制输出显示测量结果

3）选择合适的电气元件，绘制草图

4）设计电路图，应用单片机编写程序控制

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日