超声波测距离课程设计

1. 超声波测距时计算距离的编程实现

简单的很简单,复杂的很复杂,有兴趣可以聊聊.

2. 超声波测距离

一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统

Research of Ultrasonic Distance Measurement System
Abstract: A kind of ultrasonic distance measurement system used in the car is designed in this paper. The system includes the lower microcomputer system and the upper microcomputer system. The lower microcomputer system is mainly composed of ultrasonic transmitting circuit, receiving circuit ，wireless communicating mole and microcomputer. The data from the lower microcomputer system is transmitted to the upper microcomputer system by the wireless way. The design principle of ultrasonic distance measurement circuit is analyzed. The design method that the data is transmitted is also introced. The system is of the characteristics of measurement convenience, fast response and stability.
Key words : wireless communicating；； ultrasonic；distance measurement；temperature compensation
摘 要：本文介绍一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统。系统由下位机与上位机两部分组成，下位机主要由超声波发射电路、超声波接收电路、无线收发模块及单片机组成，上位机由单片机、无线收发模块、显示电路等组成，下位机与上位机之间通过无线收发模块传输信息。文中分析了超声波测距电路的设计方法，叙述了采用无线通信技术实现数据远程传输的设计思路。该系统测量距离方便、灵活、稳定。
关键词：无线通信；单片机；超声波；距离测量；温度补偿

1. 引言
随着经济的发展，人们的生活水平越来越高。当今，对许多人来说，汽车进入家庭已不再是奢望，但随之而来的事情就是如何保证汽车使用过程中的安全问题，特别是如何防止汽车与其他物体碰撞的事情发生。据初步调查统计，l5%的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。因此，增强汽车的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的劳动强度和心理压力，是十分重要的。如果车辆能适时检测与周围障碍物的距离并给出警告信息，使司机及早采取行动，可避免车辆相撞事故的发生。
随着科学技术的发展，用超声波进行无接触测量得到了广泛的应用。超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播，它具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小，反射能力较强，在恶劣工作环境下具有一定的适应能力等优点。因此可用于液位测量、车辆自动导航[2]等领域。本文介绍一种基于无线数据传输方式的超声波车辆倒车避撞预警系统。
2. 超声波测距原理
发射的超声波遇到障碍物时就会发生反射，反射波可由接收器接收，这样只要测出超声波从发送点到反射回来的时间间隔Δt，然后根据公式（1）即可求出超生波从发射处到障碍物之间的距离。
S=CΔt/2 （1）
式中：S—超生波发射处与障碍物间的距离
C—超声波在介质中的传播速度
由于超声波是一种声波，其声速C受环境温度的影响，关系如式（2），因此使用超生波测量距离时应该采用温度补偿的方法对式（1）中的声速值加以校正。
C=331.4+ 0.61×T （2）
式中：T—环境温度
3. 硬件电路设计
如图1，硬件电路主要由单片机、超声波传感器、温度测量电路、无线收发模块等组成。
系统中单片机均采用ATMEL公司的AT89S51作为核心控制芯片，它与MCS-51的指令和引脚兼容[1]，并且具有ISP在线编程功能，便于系统的设计和调试。
超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件,其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。通常超声波传感器有两类:一类是发射电路和接收电路互相独立的分体式超声波传感器,此类传感器测距有效范围比较大,但不具备防尘、防水性能。另一类是同时具有发射与接收功能的收发一体式超声波传感器，此类超声波测距有效范围比较小,但防尘、防水性能好。该系统选择分体式超声波传感器。
考虑到超声波具有指向性，本系统在汽车尾部左、右两个部位各安装一个超声波传
感器，适当调整安装位置，可准确测量汽
车后部障碍物。

如图1所示，下位机的P1.1、P1.2引脚分别用于控制两路超声波发射，INT0，INT1分别用于两路超声波信号检测，P1.3用于温度检测，串口RXD、TXD分别连接无线收发模块A的输入、输出端。同样，上位机串口RXD、TXD分别连接无线收发模块B的输入、输出端，当接收到下位机发送的测量数据时，下位机进行处理，然后显示测量结果，当车辆离障碍物的距离超过安全警戒线时发出报警信号。
实际安装时，该系统的下位机部分安装在汽车的尾部，上位机部分安装于驾驶室内。
3.1 超声波发射电路
超声波发射电路由超声波换能器（或称超声波振头）和超声波发生器两部分组成，电路如图2所示。系统中，超声波换能器的型号为CSB40T，它将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动并发射出去。40KHz的超声波信号是利用NE555时基电路振荡产生的，振荡频率f ≈1.44/((R22+2×R23)×C21)，通过R23调节信号频率，使之与换能器的40KHz固有频率一致。工作时，下位机通过P1.1口定时向超声波发生电路发出控制信号，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。

3.2 超声波接收电路
超声波接收电路采用了集成电路CX20106A，CX20106A是日本索尼公司生产的红外遥控信号接收集成电路，它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。该集成电路红外发射的频率38KHZ，超声波换能器的固有频率是40KHz，适当设计CX20106A外围电路参数,就可以将其用于超声波的接收放大电路，如图3所示，引脚1为CX20106A信号输入端，引脚2为CX20106A的RC网络连接端，引脚3为CX20106A检波电容连接端，
引脚4为CX20106A的接地端，引脚5为CX20106A带通滤波器中心设置端，引脚6为CX20106A积分电容连接端，引脚7为CX20106A信号输出端，引脚8为CX20106A供电电源端。

工作时，换能器CSB40T将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给CX20106A的输入端1，当CX20106A接收到信号时，7脚就会输出一个低电平，可用于下位机的中断信号源。当下位机接收到中断信号时，说明检测到了反射回来的超声波，下位机就进入中断状态，开始距离计算，并将计算结果发送给上位机。
3.3温度检测电路
温度检测电路采用DALLS公司的1-WIRE式总线器件DS18B20数字温度传感器，电路连接非常简单，但是必须保证时序与单片机严格同步。DS18B20具有9，10，11，和12位转换精度，未编程时默认精度为12位，测量精度一般为0.5℃，软件处理后可达0.1℃。温度输出以16位符号扩展的二进制数形式提供，低位在先，以0.0625℃/ LSB形式表达，高五位为扩展符号位。转换周期与转换精度设定有关，9位精度时，最大转换时间为93.75ms；12位精度时，最大转化时间为750ms。在本系统中采用默认的12位精度。关于DS18B20的使用方法可参考有关书籍。
3．4 数据无线收发模块
为避免在车内铺设电缆，系统的上位机部分与下位机部分采用无线的方式进行通信。
无线通信模块采用PTR2000，它是收发一体的工作在国际通用数传频段433MHz的无线通信模块，最高传输速率可以达到20Kbit/s，功耗低，待机状态下仅为8μA，可以直接与单片机的串口连接使用。PTR2000的引脚定义如下：TXE是发送控制端；PWR是节能控制端；DI是数据输入端；DO是数据输出端；CS是频道选择端。
硬件连接时，由单片机3个通用I/O口分别控制TXE、PWR、CS，单片机的串口与DI，DO连接。TXE为1时，为发送状态，TXE为0时，为接收状态。状态转换需要5毫秒。PWR为0时，为节电待机状态，此时模块无法进行接收或者发送。
无线通信具有无需布线、便于安装、灵活性强等诸多优点，但是数据在传输过程中难以避免的会产生误码，而且产生误码的几率要远远大于有线网络，并且误码的产生与多方面的因素有关，因此有很大的不确定性。所以必须采用一种差错控制机制，该系统采用停止等待协议来实现差错控制。此外，还采用校验机制以确定何时需要重传，CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散传输错误外，还能检查出突发传输错误。考虑到硬件和传输的开销问题，使用CRC16校验码。
PTR2000灵敏性很高，在无载波的情况下在接收端会产生随机的数据，因此需制定传输协议，格式如表1所示。通信协议中，必须在有效数据前加上两个或多个固定的前导字符作为同步信号，使得接收端能够辨别出有效数据的开始。

前导字符采用0xAA、0xAA、0xFF、0x00共4字节，其中前两个字节为同步信号，后两个字节为帧开始标志，接收端只要能够接收到0xAA、0xAA、0xFF与0x00，就可以认为新的一帧开始了。帧类型分为数据帧、有序数据帧、控制命令帧、确认帧等多种帧类型。帧编号为可选项，与帧类型相关，只有帧类型是有序数据帧时才有效。校验为2字节CRC16校验码。帧结束标志：为0x00。
4.软件设计
4.1下位机程序设计
下位机程序主要由数据通信程序、距离计算程序、温度补偿程序等组成。
距离计算程序流程图如图4所示。

温度补偿通常有两种方法：一种方法是每次按照公式C=331.4+ 0.61×T计算当前声速C，进行温度补偿。其特点是：根据当时的温度得到精确声速，从而计算得到的距离值也比较精确，但程序中牵涉到浮点数运算，由微处理器系统实现，难度较大。另一种方法是将温度与声速的对应关系列成温度---声速二维表，固化到系统中。温度补偿时，根据温度---声速表，查取最接近当前温度的那个温度所对应的声速值，此声速值即作为当前声速。其特点是：避开了复杂的浮点运算和浮点运算后各字节的提取操作，这样既保证了一定的精度要求，又可以避免浮点运算。因此本系统采用方法二进行温度补偿。程序流程图略。
4．2 上位机主程序设计
上位机与下位机通信时，上位机按照通信协议格式将开始测量命令发送给下位机，下位机接收到命令后就开始测量汽车离障碍物的距离，然后将测量结果发送给上位机，上位机先判断前导字符来确定是否为有效数据，若是有效数据，则解开封包进行相应操作，否则丢弃该数据包，上位机再按照同样的方式继续发命令、接收数据，直到接收到正确的数据为止。程序流程图如图5所示。

5 结束语
通过对系统硬件电路和软件的合理设计，本系统能在-20℃到50℃之间正常工作，三位数码管以厘米为单位显示距离，能准确判断距离汽车1.5米内的物体并及时报警，提高了汽车倒车的安全性。本文的创新点是在汽车防撞系统中采用了数据无线通信策略，减少了车内布线。
参考文献：
[1]MCS-51系列单片机应用系统设计，何立民，北京航空航天大学出版社，1990年.
[2]高准确度超声波测距仪的研制，赵珂，向瑛等，传感器技术,2003年第2期.
[3]无线通信在嵌入式系统中的应用，曹玲芝，石军等，微计算机信息，2005年第11期

作者简介：
曹玲芝，女，1965年生，硕士，副教授，主要从事远程测控技术研究。
联系方式：郑州轻工业学院电气信息工程学院办公室 邮编 450002
Email: [email protected]
任亚萍，女，1973年生,硕士生,主要从事计算机技术研究.

3. 超声波测距仪的设计

采用超声波测量抄大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。
超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。
希望能帮到你!
祝你快乐!!

4. 超声波测距课程设计，用protuce仿真，数码管一直是0000，有大神知道为什么吗

看看IO口管脚有没有插对，还有你初始化屏幕显示的是什么，如果没有显示你想要的东西，估计是IO口插错或者管脚哪里有问题了

5. 超声波测距仪课程设计引言怎么写

超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播。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。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。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。
超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限;
声波幅值检测法易受反射波的影响。本仪器采用超声波渡越时间检测法。其原理为:
检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机开始计时，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。

6. 基于单片机超声波测距距离问题.

电压不够，如果要再加大量程，最好用几十V的电压。

7. 如何提高超声波测距距离

假如这套系统是个木桶，你闲它装的水不够多，实际上它的每一块木板都短，而不是一块两块。
从你描述的情况看，目前最大的瓶颈是驱动电压和探头。发射电压提高到50-150Vp-p，采用开放式探头，应该能测到5米左右。
如果要测到11米，我还不知道您希望测距的周期是多少，1秒一次？1秒10次？10秒1次？
1、如果测距的周期较长，可以进一步提高发射电压，应达到200~800Vp-p（视探头而定），建议用脉冲变压器，驱动不能用74HC04了，换成开关管吧，瞬间电流估计应在1A-30A之间。周期长的好处是“不怕检测失败”，您可以在一个检测周期内进行多次检测，而最终的检测结果，仅是你检测成功的那一次。
2、如果测距的周期较短，一般要求每次检测都要有较高的成功率，面对不同的环境和被测物体，测距系统对接收电路要求较高。在满足1的前提下，还要改进接收电路，在放大1万-100万倍的情况下，噪音峰值电平应低于1Vp-p，20106恐怕难以胜任；
3、如果需要在室外使用，在满足前两条的前提下，还要采用防水型探头，11米的检测距离需要直径50mm以上的超声波探头；
4、如果还需要全天候的高可靠运行，或者要较高灵敏度时，还要牺牲一些测距精度，把超声波发射频率从40KHz降低到25KHz~32KHz，以减少空气损耗。

8. 超声波测距仪毕业设计可以添加哪些功能

语音播报，开关控制，远程数据输出，液晶显示。。。。。

9. 毕业设计--超声波测距仪

相关资料，请参考

超声波测距仪设计及其应用分析

[摘要] 本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。
[关键词] 超声波测距 单片机 温度传感器

随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。

一、设计原理

超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C
式中 L——要测的距离
T——发射波和反射波之间的时间间隔
C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s
声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。

二、超声波测距仪设计目标

测量距离: 5米的范围之内;通过LED能够正确显示出两点间的距离;误差小于5%。

三、数据测量和分析

1.数据测量与分析
由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六个距离进行测量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(温度:29℃),如表所示。从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。
对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。从表中的数据来看，虽然对超声波进行了温度补偿，但在比较近的距离的测量中其相对误差也比较大。特别是对30cm和50cm的距离测量上，相对误差分别达到了5%和4.8%。但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计盲区在22.6cm左右，基本满足设计要求。
2.误差分析
测距误差主要来源于以下几个方面：
(1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度，这个角度直接影响到测量距离的精确值;(2)超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发;(3)由于工具简陋，实际测量距离也有误差。影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等。

四、应用分析

采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。
超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。

五、结论

本设计的测量距离符合市场要求，测量的盲区也控制在23cm以内。针对市场需求，本设计还可以加大发射功率，让测量的距离更加的远。在显示方面，也可以对程序做适当改动，使开始发射超声波时LED显示出温度值，到超声波回波接收到以后通过计算得出距离值时，LED自动切换显示距离值，这样在视觉效果上得到更加直观的了解。

参考文献:
[1]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京：北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[2]金篆芷王明时:现代传感器技术[M].电子工业出版社.1995.331—335
[3]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[4]路锦正王建勤杨绍国赵珂赵太飞:超声波测距仪的设计[J].传感器技术.2002