1、键入文档标题 第 1 页，共 28 页 引言引言 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等生物作为防御和捕捉猎物生存的手段，也 就是由生物体发射不能被人们听到的超声波 20Hz 以上的机械波，借助空气或其 它介质传播。 通过被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短和反射回来 的信号强弱来判断反射物的类型及距离的远近。人类采用仿生学，人工发射出超 声波。目前，超声波已应用在民用及国防工业中。例如:用超声波探测海洋潜艇 位置、鱼群以及确定海底暗礁等障碍物形状及位置。利用超声波在固体巢传播的 时间确定物体的长度以及超声波在固体里遇到障碍物界面上的反射来确定物体 内部损伤(如裂缝、气孔及杂质等)位置，称之为
2、无损探伤。利用超声波测距辅助 机器人确定机器人自身位置和环境识别， 从而准确避开障碍物按照预先规划好的 行进方向行进来完成预定任务。另外还应用于矿井探测、液面探测、建筑、汽车 报警等领域。超声波测距是一种非接触式检测方式，和红外、激光及无线电测距 相比，超声波测距有其不受光线影响，结构和操作简单，成本低等特点。采用高 精度视觉识别环境技术需要复杂的信息处理，且体积较大，价格昂贵。对于体积 较小成本较低的机器人，这些特点尤为突出，相比之下，超声波测距的特点弥补 了以上不足，在许多情况下能很好地完成探测任务。就此而言，本课题的研究是 有一定实际意义的。 键入文档标题 第 2 页，共 28 页 1
3、1 课题设计的任务和要求课题设计的任务和要求 设计一超声波测距仪，任务： (1)了解超声波测距原理。 (2)根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。 设计一超声波测距仪，要求： (1)设计出超声波测距仪的硬件结构电路。 (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)用 PROTUES 进行仿真，以数字的形式显示测量距离。 2 2 超声波测距仪的设计思路超声波测距仪的设计思路 2.1 两种常用的超声波测距方案两种常用的超声波测距方案 2.1.1 基于单片机的超声波测距设计 基于单片机的
4、超声波测距设计， 是利用单片机编程产生频率为 40kHz 的方波， 经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波波经 反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片 机中断口。其系统框图如图 2.1 所示。 图 2.1 基于单片机的超声波测距系统框图 2.1.2 基于 CPLD 的超声波测距设计 这种测距设计采用 CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程 逻 辑 器 件 ， 运 用 VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) 超高速集成电路硬件描述语言编写程序，使用 键入文档标题 第 3 页，共 28 页 MAX+plusII 软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。 CPLD 器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为 D 触发器、T 触发器、RS 触发器或 JK 触发器工作方式或组合逻辑工作方式。它的这种特性非 常适用于本系统，可将本系统所需要
