基于单片机的超声波测距系统设计开题报告

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1、 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名： XXX 学学 号：号： 学学 院 、 系院 、 系 ： 信息与通信工程学院 电气工程系 专专 业业 ： 自动化 设设 计计 题题 目目： 基于单片机的超声波测距系统设计 指 导 教 师指 导 教 师 : 2012 年 3 月 15 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文 献综述： 文文 献献 综综 述述 一、 研究背景及意义 随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被泛应用于多个领 域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD 探测、雷达测距

2、、激光测距 等。其中，CCD 探测具有使用方便、无需信号发射源、同时获得大量的场景信息等特 点，但视觉测距需要额外的计算开销 1。雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环 境中进行短距离、高精度测距的优点 2，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向 性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰 能力强，但其成本高、数据处理复杂 3。与前几种测距方式相比，超声波测距可以直 接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、 电磁干扰等因素影响， 且覆盖面较大等优点。 目前， 超声波测距已普遍应用在液位测量、 移动机器人定位和避障等领域，应用

3、前景广阔。由于超声波指向性强，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。超声波技术以广泛的应用于工 农业生产，通信，医疗以及家用电器等领域。 二、 国内外研究现状 目前，国内学者对超声波回波信号处理算法的研究已经日渐成熟，但其作为超声波 探测定位的关键技术，仍将是一个重要的研究方向。随着超声波回波信号处理方法的不 断完善，如何研发新型、高性能超声波换能器以进一步拓宽超声波测距的应用空间，作 为解决超声波测距系统不足的

4、根本手段，越来越受到国内学者关注。通过对以Vmos 场 效应管为开关元件的超声波发射电路进行分析，马庆云等 4发现激励脉冲宽度对超声 波换能器的发射功率影响极大， 换能器取得最大发射功率所对应的激励脉冲宽度为其谐 振周期的一半。该分析结果对新型超声波换能器的发射电路的设计具有一定的指导作 用。针对传统连续调频超声波系统需要使用宽带超声传感器的不足，李希胜等 5提出 了一种连续窄带调频超声波测距方法。 该方法可以利用较低的瞬时超声波功率实现较高 的平均发射功率，从而利用普通超声传感器来组成超声发射-接收传感器对，避免了使 用价格昂贵的宽带超声传感器。目前国产低功率超声波探头，一般不能用于探测15

5、m以 外的物体，美国AIRMAR 公司生产的Airducer AR30 超声波传感器的作用距离可达 30m，但价格较高。潘仲明等 14对大作用距离超声波传感技术进行研究，研制了谐振 频率为24. 5kHz 的新型超声波传感器，其作用距离超过了32m，测量误差小于2%。廖 一等 6提出利用弯曲振动换能器改善声匹配，将气介超声波换能器的最大探测距离提 高到35m。现阶段，国内一些科研人员在超声波发射电路的简化、发射功率和频率的控 制、最大探测距离的提高等方面对新型超声波换能器进行研究并取得了一定成果，但对 新型超声换能器制作材料、超声波发生机理创新等方面的研究尚有不足。目前市场上普 通的超声波测距

6、系统，一般采用发射单超声脉冲的方法，这种方法在测距精度和可靠性 等方面的研究已较成熟。但是当它采用较高频率超声波时，会因空气吸收而较快衰减， 导致有效测量距离降低; 在通过降低频率以增大测距范围时，测距的绝对误差又会增 大。因而该方法存在测量分辨力和有效作用距离的矛盾，极大制约了超声波传感器应用 领域的拓宽。 现阶段常见问题的分析及解决： 、超声波传播波速不恒定 超声波在介质中的传播速度随周围环境( 温度、压力等)的变化而变化，其中温度的 影响最为明显。常温下，超声波的传播速度为340m/s，温度每升高1，声速增加约为 0. 6 m/s，因此超声波测距中一般采用温度补偿的方法，即 在数据处理中对超声波传播 速度进行实时温度补偿。 、存在盲区 发射超声波时， 超声波换能器在驱动脉冲结束后， 会由于惯性继续振动， 产生余振。 余振期间， 由于无法区分回波信号与余振信号， 因此必须等余振停止或衰减到足够小后， 才能允许接收传感器接受信号。 这段时间由于无法检测超声波传播距离， 从而出现盲区。 为了减小盲区，即尽快让余振衰减到零或足够