基于单片机的超声波测距仪设计开题报告

1. 研究目的与意义

超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。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。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。本设计更是加入了语音播报距离的功能，方便读数据。

距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。而由于超声波的速度相对光速小的多，其传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。语音功能的加入可以不看显示，只需要听就可以知道距离，方便使用。

此次选题的目的在于锻炼自己的综合能力，语音超声波测距的设计包含多方面的知识，有利于综合检测自己的能力，全面复习大学所学，学以致用。

2. 课题关键问题和重难点

课题关键问题：

本设计题目为基于单片机的超声波测距仪，主要研究由单片机系统通过超声波发射电路和超声波接收电路从而实现在5米范围内的测距，并且通过语音播报距离。利用单片机来实现对超声波和超声波转换模块的控制。本次设计选择通用、价廉的stc89c52单片机为控制平台，通过细化设计要求，结合传感器技术相关知识实现超声波测距仪的功能。设计完成以一个超声波测距系统,超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差，最终计算出发射点到障碍物的实际距离。达到设计目标。

难点：

3. 国内外研究现状（文献综述）

晏雨婵在《基于stm32单片机的超声波测距系统》^[1]提到在机械与电子技术快速发展的这几十年，非接触测距系统逐渐在各个行业中占据重要地位，它具有测量速度快、精度高等优点，尤其是对于一些不可接触的高精度工件可直接测量。非接触测距系统主要包括超声波测距、毫米波雷达测距、摄像系统测距以及激光测距。其中超声波测距价格成本低、操作简单，且穿透能力强、方向性好，在医学、军事、工业、农业上被广泛应用于不同领域。

杨坤，程鹏在《基于单片机的超声波测距仪设计》^[2]指出由于超声波具有低耗能、强指向以及通过介质时具有较高的传输能力等特点，它常被应用于距离的测量，如测距仪、物位计等。其中超声波测距仪既能完成建筑工地、倒车以及工业场地的位置监测，又能实现对井深、水文液位以及管线长度的测量。超声波检测通常具有高速、时延误差小、方便、精度高等优点，在工业方面较为适用。超声波测距是一种不受物体自身色度和光线因素影响的非接触检测技术。与其他检测仪器相比，它更环保，更抗热、潮、粉末、高温氧化等恶劣环境，具有维护少、高环保、牢靠性高、寿命长等特点。近年来，超声波测距仪作为一类新型的测量性仪器，在多个领域都得到了长足的发展。为满足日益增长的环境需求，也在定位、精度等方向做出了更深层次的精进。超声波测距在其速度、方便性、计算复杂度和实时控制能力等方面的优势显著，在工业实用的测量精度上也符合要求。

陈远在《基于超声波传感的障碍物检测和测距系统设计》^[3]中指出年来随着机器人技术的不断发展，人们对可移动服务机器人的智能化要求不断提高。为保证机器人在未知环境中行走时不会造成机身损坏，应合理设计机器人避障系统。传统机器人采用接触式碰撞传感器，此类传感器在接触到障碍物时触发，因而容易导致家居环境物品损坏及噪声干扰。因此采用非接触式检测技术势在必行。传统的非接触式检测技术包括激光雷达测距技术，红外测距技术，超声波测距技术等，其中红外测距技术测距范围小易受物体颜色及环境光线干扰，适应性差，激光雷达测距技术造价昂贵，成本高，而超声波测距技术方向性好，适用范围广。因此本文采用测距精度高且环境适应性强的超声波测距技术实现机器人障碍物检测功能。

4. 研究方案

1、设计方案

充分利用已有资料、图书馆书库资料、图书馆电子资源库以及互联网上的资源库，通过一切途径浏览有关资料文献，并对与设计有关的知识和文献资料进行汇总、归纳、创新，并结合设计任务构思设计方案。超声波测距仪整体结构图包括单片机电路,超声波探头,显示电路与语音播报电路等几部分模块组成。利用单片机来实现对超声波和语音模块的控制。具体见图1-1超声波测距系统结构框图所示。

图1-1超声波测距系统结构框图

5. 工作计划

第1周： （2.20-2.24）接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；

第2周： （2.27-3.3）阅读相关资料，理解有关内容；

第3周： （3.6-3.10）分析了解各类超声波测距仪设计方案，相关实例资料；