无线测距仪的设计与实现开题报告

无线测距仪的设计与实现开题报告本文简介：毕业设计（论文）开题报告题目无线测距仪的设计与实现系别电子信息与电气工程系专业通信工程毕业设计（论文）开题报告论文题目无线测距仪的设计与实现导师姓名可行性方案分析主要包括：研究背景、主要内容要求、设计方案、技术路线、关键问题、时间安排。不少于1500字（见附页）。参考文献[1]丁镇生.传感及遥控遥测

无线测距仪的设计与实现开题报告本文内容：

毕

业

设

计（论文）

开题报告

题

目

无线测距仪的设计与实现

系

别

电子信息与电气工程系

专

业

通信工程

毕业设计（论文）开题报告

论文题目

无线测距仪的设计与实现

导师姓名

可

行

性

方

案

分

析

主要包括：研究背景、主要内容要求、设计方案、技术路线、关键问题、时间安排。不少于1500字（见附页）。

参

考

文

献

[1]丁镇生.

传感及遥控遥测技术应用[M].

北京：国防工业出版社,2003.

[2]张国雄.

测控电路[M].

北京：机械工业出版社,2003.

[3]

周荷琴,吴秀清.

微型计算机原理与接口技术[M].

合肥：中国科学技术大

出版社,2005.

[4]康华光.

电子技术基础

数字\模拟部分[M].

北京：高等教育出版社,2004.

[5]余锡存,曹国华.

单片机原理及接口技术[M].

西安：西安电子科技大学出版社,2005.

开

题

小

组

及

教

研

室

意

见

开题小组签名：*年*月*日

附页：

1

研究背景

随着科技的迅速发展，无线电的应用越来越白热化，例如，无线测距的研究正是如今科技发展的一个新的方向，其应用已经渗透到生活的方方面面。当把无线测距应用在汽车上时，驾驶员在倒车时便可以利用无线测距的仪器起到快撞到后面的物体时而报警的作用，可以在一定程度上避免事故的发生和保障人们的安全。

随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。

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在一个无线电仪器上通过对准测量目标发射一个无线电信号，当信号碰到被测量物体时，会发生反射，然后计算信号传播延迟、频率、相位差来达到测定两点间直线距离的方法。

2

主要内容

设计内容：整个设计方案大体上需要两个大的模块，由单片机组成控制电路和超声波发射接收电路。该无线测距仪可以测量0.2~1.5m的距离，用数码管显示出来，测量分辨率1cm，误差小于0.5%。

整个设计的总体思路是：由单片机组成控制电路和超声波发射接收电路，发射电路发出一个超声波信号，然后单片机开始计时，超声波发出后碰撞到被测量物体，发生反射，反射的超声波信号到达接收模块电路时，接收模块将信号传送给单片机，然后单片机停止计时，从发射电路发出超声波信号，到接收电路接收到超声波信号，这个时间段有个时间差，单片机只要完成通过时间差来计算测量地到被测量地的距离，再把距离通过数码管显示出来就行了。发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2

即可算出被测物体的距离。

本设计采用以AT89C51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。整个电路采用模块化设计，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。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。

3

设计方案

3.1

整体设计框架

单片机发出40kHZ

的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED

显示。

超声波接收器

放大电路

显示器

单片机控制

定时器

锁相环检波电路

超声波发射器

放大电路

图1

无线测距仪原理框图

3.2软件设计流程图

图2

无线测距系统的软件设计

4

技术路线

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。

超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。我们知道C

语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C

语言和汇编语言混合编程。

4.1单片机

单片机采用AT89C51

或其兼容系列。采用12MHz

高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0

端口输出超声波换能器所需的40kHz

的方波信号，利用外中断0

口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4

位共阳LED

数码管，段码用74LS244

驱动，位码用PNP三极管8550

驱动。

图

3

51系列单片机封装图

5l系列单片机提供以下功能：

4

kB存储器；256

BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。

空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。

掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。

单片机实现测距的原理：

5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内

资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。

单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差tr，然后求出距离S＝Ct／2，式中的C为超声波波速。

限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。

4.2电路图的设计

本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用AT89C51，经济易用，且片内有4K

的ROM，便于编程。电路原理图如图2-4

所示。其中只画出前方测距电路的接线图，左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同，故省略之。

图4

无线测距电路原理图

4.2.1产生波发射电路

超声波发射电路原理图如图4所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。

图4

超声波发射电路

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

4.2.2超声波接收电路

集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38

kHz与测距的超声波频率40

kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图2-3)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

图5

超声波接收电路

5

关键问题

整个实验最关键的问题有两个，一个是电路图的设计，另一个是单片机上系统软件的设计。超声波测距的原理为超声波发生器T

在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R

所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：d=s/2=(c×t)/2

（1）

其中，d

为被测物与测距仪的距离，s

为声波的来回的路程，c

为声速，t

为声波来回所用的时间。

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0

或INT1

端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。

部分源程序如下：

RECEIVE0：PUSH

PSW

PUSH

ACC

CLR

EX0

；关外部中断0

?

MOV

R7,TH0

；读取时间值

MOV

R6,TL0?

CLR

C

MOV

A,R6

SUBB

A,#0BBH；计算时间差

MOV

31H,A

；存储结果

MOV

A,R7

SUBB

A,#3CH

MOV

30H,A?

SETB

EX0

；开外部中断0

POP

ACC?

POP

PSW

RETI

6

时间安排

第一周：将所需硬件如单片机，发射芯片准备好，所需软件可以从网上寻找相关资料；

第二周：到学校实验室去进行实验的设计，有问题可以请教电子爱好者协会的同学；

第三周：初步完成实验仪器的设计并进行调试；

第四周：在初步设计好的基础上进行完善，力求每个功能都可以工作；

第五周：无线测距仪完成后，进行毕业设计报告的编写，整个过程在实验报告上体现出来；

第六周：完成实验报告，交由知道老师审阅；

第七周：对实验报告进行完善，排错，如果知道老师同意合格后，打印出来；

第八周：准备毕业设计答辩工作。