超声波探测仪的系统设计

毕业论文（设计）

论文题目： 基于avr32单片机超声波测距仪的系统设计

学生姓名： 学 号： 所在院系： 专业名称： 届 次： 指导教师：

杨国 0123576123 电气信息工程学院

自动化 2012届 丁丽

目 录

前言 ...................................................................... 2 1 超声波测距仪的整体方案和器件选择 ........................................ 2

1.1超声波测距仪的测距原理 ............................................. 2 1.2超声波测距仪的整体框架图 ........................................... 3 1.3 ATMEGA32单片机的介绍 .............................................. 4 1.4 CD4049芯片介绍 .................................................... 6 1.5 DS18B20介绍 ....................................................... 6 1.6 显示液晶介绍 ...................................................... 7 2 超声波测距仪硬件电路设计 ................................................ 7

2.1超声波发射电路的设计 ............................................... 7 2.2超声波接收电路的设计 ............................................... 9 2.3超声波温度补偿电路的设计 .......................................... 10 2.4液晶显示电路的设计 ................................................ 10 2.5报警电路的设计 .................................................... 11 2.6系统整体电路图 .................................................... 11 3 超声波测距系统的软件设计 ............................................... 12

3.1超声波测距仪的算法设计 ............................................ 12 3.2超声波测距仪的主程序设计 .......................................... 12 3.3超声波测距时间子程序设计 .......................................... 13 3.4超声波温度补偿子程序设计 .......................................... 14 3.5超声波液晶显示子程序设计 .......................................... 15 4 系统调试及误差分析 ..................................................... 15

4.1仿真调试 .......................................................... 15 4.2程序编译调试 ...................................................... 17 4.3温度误差分析 ...................................................... 18 4.4干扰误差分析 ...................................................... 18 总结 ..................................................................... 18 参考文献: ................................................................ 18

2013届本科毕业论文

基于avr32单片机超声波测距仪的系统设计

学生：杨国（指导老师：丁丽）

（电气信息工程学院）

摘要：超声波技术是一种很好的非接触式的检测方式，其工作原理是:换能器将电信号

转换成超声波信号发射出去，超声波遇到被测物体时，会被物体反射一部分回去，回波作用在换能器上，转换成电信号，进而被识别。测出发射超声波到超声波遇到被测物体折返所需的时间t，那么超声波单程的时间（t/2）与声速的乘积就是我们所要测量的距离。本课题使用AVR ATmega32单片机作为控制系统，用单片机设置发射的波形，对接收电路接收的波形进行识别、处理，结合DS18B20测出的温度值，对测量结果进行修正，用液晶显示测量距离和当前温度，并设置有报警功能。

关键词：超声波；非接触；测距；报警

Based on avr32 Microcontroller Design of The Ultrasonic Range

Finder

Abstract: Ultrasonic technology is a good way of non-contact detection.Its working principle

is: The transducer converts electrical signals into the ultrasonic signal is emitted, ultrasonic encounter when the object to be tested, part of ultrasonic will be reflected by the object back and echo effect on transducer, converted to electrical signals, and then identified. Side of launch ultrasonic wave is measured by ultrasonic turn-back time required t object to be tested, so ultrasonic one-way time (t/2) with the velocity of sound is the product of what we're measuring distance. This topic using AVR ATmega32 single-chip microcomputer as the control system, using single-chip microcomputer set launch waveform, the waveform of receiving circuit to receive recognition and processing, combined with DS18B20 measured temperature value, the measurement results are correct, the liquid crystal display

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基于avr32单片机超声波测距仪的系统设计

(LCD) was used to measure distance and the current temperature, and set the alarm function.

Keywords: ultrasound; non-contact; distance measurement; alarm

前言

随着科技的发展，测距技术的应用越来越广泛, 它还可以同其他测距技术结合，利用各自的优点，开发出多功能测距仪。但就目前的测距水平，可利用的、经济的、高精度的、智能化的测距仪器还是非常少的。正是如此，给这个本来就蓬勃发展的领域增添了更多无限前景。

在城市里拥挤的停车位，对于新手司机朋友来说，经常会由于进出停车场，而发生车辆间的擦伤，碰撞的现象；比如倒车、入库和装卸货物时，小型汽车都比较困难，大型汽车可想而知，这些不仅需要考验驾驶员高超的驾驶技能和经验，还需要有细心和耐心，要是碰上不利状况，如下雨，夜晚等情形，还会增加更多的难度[1]。

超声波测距是一种非接触检测技术[2]，它在新兴行业中也取得广泛的应用，还有现在特别流行的智能机器人设计中，也不乏看到超声波测距技术的身影。

比如在机器人的视觉系统[3]中，如何获取前方障碍物的具体位置，从而可以顺利的行走。其中常用的就是利用超声波对其进行检测，这一点就如我们所熟知的蝙蝠和海豚的定位系统。

超声波是频率超过20kHz的声波，我们知道，频率越高，它的衍射性越差，也就是它的指向性比较好。目前非接触测量[4]主要是红外线、激光、雷达、超声波等。众所周知，红外线测量距离比较短，不利于较大距离的测量；而雷达、激光的设备大，携带不便，造价高；综合之下，超声波测距仪有着相对优势之处。

常见超声波传感器有流体力型超声波传感器和电声型超声波传感器，简单的说，流体力型中又包括两种，气体型和液体型两种类型。

由于应用目的和工作频率不同，超声波测距仪结构形式丰富、多种多样，同样，不同的方法有着不同的优缺点，那就要看设计者的设计需求了，对此各生产厂家的命名也不尽相同。

1 超声波测距仪的整体方案和器件选择

1.1超声波测距仪的测距原理

超声波传感器其实就是一种能量转换装置，将电能和机械能（机械波的形式）相互

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2013届本科毕业论文

转化，而当发射超声波的时候，将电能转机械波，进行发射；而在接受回波的时，则将声波振动的能量转换成电信号，以达到检测目的。

对此，常用渡越时间检测法[6]进行距离的测量。测出发射超声波到超声波遇到被测物体折返所需的时间t，那么超声波单程的时间（t/2）与声速的乘积就是我们所要测量的距离。脉冲信号接发收波形见图1所示。

图1 信号的发送和接收处理

令V为声速, t是时间差, 为距离S，可得如下式子：

S=V*t/2 (公式1)

式中V为超声波的传播速度,单位 m/s。

温度对声速的影响也是很大的，现又知声速与温度的关系如下：

V=331.4+0.606*T (m/s) (公式2)

其中，T为当前环境温度,单位℃。

由上述两式，可知：

S=(165.7+0.303*T )*t (m) (公式3)

1.2超声波测距仪的整体框架图

整体的设计框架图如下图2所示，控制核心为AVR ATmega32[7]单片机，单元模块有温度传感器电路，超声波发射和接收电路，液晶显示电路以及蜂鸣器报警电路。

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