① 大学实验报告求助
实验报告
实验题目: 声速的测量
实验目的:了解超声波的产生,发射和接收的方法,用干涉法和相位法测声速.
实验内容
1 测量实验开始时室温.
2 驻波法
(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.
(2)将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器接接收端.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.
(3)通过示波器观察讯号幅度,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使讯号极大的位置,在极大值附近应该使用微调,即固定移动尺螺丝,使用微调螺母调整.
(4)从该极大位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次讯号幅度极大(波腹)时游标的读数,共12个值.
3 相位法
(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.
(2) 将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器的CH1接在接收端,CH2接在发射端.选择CH1,CH2的X-Y叠加.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.
(3) 通过示波器观察李萨如图形,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使图形为一条斜率为正的直线的位置.
(4)从该位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次图形是斜率为正的直线时游标的读数,共10个值.
4 测量实验结束时室温,与开始时室温取平均值作为温度t.收拾仪器,整理实验台.
5 对上面两组数据,分别用逐差计算出l,然后算出声速v,并计算不确定度.与通过t计算出的理论值计算相对误差.
数据处理
1 理论计算
实验开始时温度23.0℃,实验结束时温度21.8℃,所以认为实验时温度t=22.4℃.
根据理论值计算
2 驻波法
游标读数
(mm)
95.42
100.50
105.70
110.66
115.88
120.90
126.16
131.34
136.20
141.44
146.52
151.60
逐差=3(mm)
30.74
30.84
30.50
30.78
30.64
30.70
相邻游标相减的2倍=i(mm)
10.16
10.40
9.88
10.44
10.04
10.52
10.36
9.72
10.48
10.16
10.16
标准差
的A类不确定度
查表得:当n=11,P=0.95时,=2.26.
因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定
查表得,当P=0.95时,=1.96.
所以的不确定度
选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度.
声速
对,有不确定度传递公式:
空气中的声速v=(350.99±1.20)m/s (P=0.95)
相对误差=
3 相位法
游标读数
(mm)
110.80
121.04
131.14
141.36
151.58
161.72
171.88
182.02
192.10
202.26
逐差=5(mm)
50.92
50.84
50.88
50.74
50.68
相邻游标相减=i(mm)
10.24
10.10
10.22
10.22
10.14
10.16
10.14
10.08
10.16
标准差
的A类不确定度
查表得:当n=9,P=0.95时,=2.26.
因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定度
查表得,当P=0.95时,=1.96.
所以的不确定度
选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度
声速
对,有不确定度传递公式:
空气中的声速v=(348.57±1.09)m/s (P=0.95)
相对误差=
误差分析:
1 仪器本身的系统误差和由于老化引起的误差.
2 室温在实验过程中是不断变化的.
3 无论是驻波法中在示波器上找极大值,还是相位法在示波器上找斜率为正的直线,都是测量者主观的感觉,没有精确测量.
思考题
1 固定两换能器的距离改变频率,以求声速,是否可行
答:不可行.因为在声速一定时,频率改变了,波长也会随之改变.所以无法同时测量出频率和波长,也就无法求出声速.
不对
② 基于单片机的超声波测距仪毕业论文
相关范文：
基于单片机的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
仅供参考，请自借鉴
希望对您有帮助
③ 物理测超声波声速实验报告的分析讨论是什么
一、实验目的
1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。
3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。
二、实验仪器及仪器使用方法
（一）实验仪器
1超声声速测定仪（主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺）
2函数信号发生器
3 示波器。
（二）仪器使用方法
1、连接测量电路。连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。如已有连线，则此操作将去掉连线。鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。
2、调整仪器。双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
（1）示波器的使用与调整。请先调整好聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。
（2）信号发生器的调整。频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。
（3）超声速测定仪的使用。1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。2当把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“ßà”标志，表明此时可以移动。按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。
三、实验原理
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。
1、驻波法测波长
由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别为
叠加后合成波为：
当x= ( n =0,1,2,3……)时为波腹，当x= ( n =0,1,2,3……)时为波节。相临波腹（波节）间距离为，故只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。
2、相位比较法测波长
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差： （其中l是波长，x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
五、实验方法
驻波法
相位法
六、实验结论及误差分析
1、 用驻波法测得声速v=358.37m/s ,误差为
用相位法测得声速v=363.52m/s ,误差为
2、误差分析
1、对于驻波法，调节波的振幅时，由于在振幅最大与最小附近变化不明显，因此可能读数时并非是处于振幅最大与最小处，导致求得的波长不准。
2、对于相位法，调节游标卡尺时，肉眼观察图案成为一条线时，实际可能没有完全重合，导致求得的波长不准。
3、建议
1、多次测量求平均值。
2、改进软件性能，使分辨率提高
④ 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。
⑤ 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
⑥ 超声波测距仪的毕业设计：开题报告和文献综述
2008-09-26 09:22 <DIR> 参考文献
2008-09-26 09:22 <DIR> 翻译与原文
2008-09-26 09:23 96,768 开题报告.doc
2008-09-26 09:23 24,064 实习报告.doc
2008-09-26 09:23 91,136 实习日记.doc
2008-09-26 09:23 136,192 文献综述.doc
2008-09-26 09:23 523,776 毕业论文.doc【摘要】超声波测距技术在当今社会生活中已有很广泛的应用，本论文在了解超声波测距原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统的软硬件设计，其中的控制芯片是采用凌阳公司开发的SPCE061A系列单片机。论文着重介绍了SPCE061A与超声波测距模块组成的超声波测距系统的组成原理以及应用，另外也介绍了LED显示等模组的应用。该系统可广泛应用于小距离测距、机器人检测、车辆倒车雷达以及家居安防系统等应用方案。最后实际使用表明能实现基本测量。【关键词】SPCE061A 超声波 距离测量目 录
一、 引言 4
二、 凌阳SPCE061A简介 5
2.1总述 5
2.2性能 5
2.3结构概览 6
2.4 61板卡说明 7
三、 系统分析与设计 9
3.1超声波测距基本原理 9
3.2系统总体方案介绍 10
四、 硬件电路设计 11
4.1 超声波发射模块 11
4.2 超声波接受模块 11
4.3键盘模块 12
4.4 LED显示模块 12
4.5 超声波测距系统工作过程 14
五、 以SPCE061A为核心的软件设计 15
5.1 总体设计 15
5.2 测距算法 16
5.3系统调试 18
六、 系统的测试与结果分析 21
6.1 系统误差分析 21
6.2 系统测试 21
七、 结束语 22
八、 参考文献 23
九、 致谢 24
十、附录（源程序）25
⑦ 【100分高悬赏】求一份超声波检测实验的实验报告~望大虾们帮忙！！
《超声波探伤》实验指导书 实验一 超声波探伤仪的使用和性能测试实验二 纵波实用AVG曲线的测试与锻件探伤</b>实验三 钢板探伤</b></b>实验四 表面声能损失测定</b></b></b></b>实验五 工件材质衰减系数的测定</b></b></b>实验六 横波距离—波幅曲线的制作与焊缝探伤</b></b></b></b> 请问你要哪一个？</b></b> </b></b>
⑧ 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；microcomputer； 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.
⑨ 求一篇基于单片机的超声波测距仪的硬件设计的论文和开题报告
目 录
摘 要 I
ABSTRACT（英文摘要） II
目 录 IV
第一章 引 言 1
1.1 课题的提出 1
1.2 超声波测距发展概况 2
1.3 本课题研究内容及科学意义 3
第二章 超声波测距技术综述 4
2.1 超声及超声传感器简介 4
2.1.1 超声概述 4
2.1.2 超声传感器结构 6
2.1.3 超声传感器的主要参数及选择 9
2.2 超声测距原理与方法 10
2.3 测量盲区的影响 12
2.4 本章小结 13
第三章 硬件系统设计 15
3.1 方案论证 15
3.2 凌阳61板简介 16
3.2.1 功能区分与工作原理 16
3.2.2 系统各模块工作原理 16
3.3 超声波测距模组简介 20
3.3.1 超声波谐振频率发生电路、调理电路 20
3.3.2 超声波回波接受处理电路 21
3.3.3 超声波模组电源设置 22
3.4 LED键盘模组简介 23
3.5 硬件系统设计说明 23
3.5.1 系统设计 23
3.5.2 硬件原理图 24
3.5.3 系统连接 24
3.6本章小结 26
第四章 软件系统设计 27
4.1 主程序设计 27
4.2 超声波测距程序设计 29
4.3 本章小结 31
第五章 试验结果与改进 32
5.1 系统调试 32
5.2 试验结果分析 34
5.2.1 试验结果 34
5.2.2 误差分析 37
5.2.3 系统改进方法 37
5.3 本章小结 38
结论 39
参考文献 41
致谢 44
附录一 45
附录二 46
附录三 47