超声波测距仪课程设计

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1、 1 题目名称：题目名称：超声波测距的设计超声波测距的设计 2 一、设计题目 基于单片机超声波测距 二、设计目的及意义 日常生活应用发面：人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市车辆逐 渐增多，因为停车不当而造成的交通事故也越来越多。为了避免此类事故的发生 一个能够直观地测出汽车与障碍物之间的距离的装置就变得十分必要。它可以及 时将车辆与障碍物之间的距离反映出来，给司机以更准确的信息和更多的反应时 间，减少事故的发生；军事应用方面：超声波声纳已广泛应用于侦查探测等方面， 如何提高其测量精度已是正在着重研究的课题之一，相信在不久的将来，超声波 测距一定会在侦查反侦察方面起到更大的作用；工业应用

2、方面：超声波测距仪的 设计方便了管道的距离探测，消除了一些空间方面的限制，在其测量精度得到提 升后，对一些精密设备的测量也将起到良好的效果。 三、设计要求及主要技术指标 1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要技术指标: 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。

3、4、以数字的形式显示测量距离。 3 一、方案论证与比较一、方案论证与比较 1.1 方案提出方案提出 方案一：采用 CPLD 来控制的超声波测距仪 采用 CPLD 来控制的超声波测距仪， 主要是在软件上运用 VHDL 编写程序使用 MAX+plus II 软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。使用本方案 的 优 点 在 于 在 超 声 波 测 距 仪 设 计 中 采 用 的 是MAX7000s系 列 中 的 EPM7128SLC84-15 的 CPLD 器件，其最高频率可达 175.4MHz，可用于组合逻辑 电路、时序逻辑电路、算法、双端口 RAM 等的设计。充分利用了其多达 128

4、 个宏 单元、68pin 可编程 I/O 口，使该器件可以将分频功能、计数功能、显示编码功能、 振荡功能全部集于一体。又因其延时平均的特点，保证了测距结果精度高、响应速 度快。缺点是方案中需要一块 FPGA,一块双口 RAM,还需要一块用来存储波形数据 的 EEPROM，那么设计的成本较高。同时在 FPGA 中还要用硬件描述语言(VHDL 语言)编写程序来实现硬件电路功能。由于 EPM7128SLC84-15 的算法复杂，所以 在软件实现起来编程也复杂。 方案二：采用 51 单片机控制的超声波测距系统 采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号，经过信号线， 把信号引入到与超声波发

5、射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向某一方向发 射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就 立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速 度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)。 1.2 设计方案的论证和选择设计方案的论证和选择 超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受， 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。利用超声波 检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单。实用的测距方法有两种，一种是在 被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直

6、接波方式，适用于身高计；一种是发 射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用方案二的 方式。 原理框图： 4 图 1-1 超声波的测距原理 二、系统的功能及设计框图二、系统的功能及设计框图 2.1 系统的全部功能系统的全部功能 1、本系统实现要求测量距离范围为 0.13 米，精度误差在 1 厘米以内，并且使用 LCD1602 显示所测距离。 2、该系统硬件部分由发送模块、接收模块、显示模块组成。发送模块部分主要由 超声波发射器组成；接收模块主要由超声波接收探头组成；显示模块则有液晶显示 器 LCD1602 及其辅助电路组成。 3、以数字的形式显示测量距离。 （1）超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测 法。 （2）本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超 声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波 接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远 近有关。 （3）假定 s 为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时