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摊铺机超声波测距系统的研究

作　者: 马壮
导　师: 杨铁梅
学　校: 太原科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 超声波 单片机 复杂可编程逻辑器件 位移检测 高精度
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


超声波非接触式平衡梁是一种基于超声波测距原理进行工作的移动找平基准,具有控制精度高、安装方便、操作简单、安全可靠等优点,可以最大限度地减少外界对设备的干扰,从而可以大幅度地提高沥青混凝土摊铺机的摊铺速度和摊铺质量,减少原材料和人力的损耗。本课题分析比较多种常用的超声波测距系统,自主设计开发了可应用于摊铺机平衡梁的高精度超声波测距系统。本文对超声波位移检测的历史及发展现状做了介绍,对压电式超声传感器的特性做了一定分析,简述了基于超声技术的位移检测的工作原理及常用检测方法,对影响检测精度的关键问题进行了分析,提出了高精度位移检测的实现方法。分别从理论分析、系统总体设计、系统硬件电路设计、系统软件设计等方面详细地说明了该系统的实现过程。本测距系统提出了一种单片机+CPLD+模拟电路的方案,比起传统的单片机+模拟电路方法有效的提高了系统精度和抗干扰能力。该方法采用复杂可编程逻辑器件CPLD完成超声波的产生和发射、回波接收和超声传播时间测量,超声波传播时间的测量精度取决于CPLD计数频率,克服了单片机的速度限制,系统内的单片机完成系统的启停控制、读出计时器的时间并进行运算、显示、通讯,单片机的运行速度对检测结果的精度就不会造成太大影响,因而有效解决了传统检测方法中精度受制于单片机工作频率的问题。系统在设计上结合了单片机与CPLD的优势,使系统电路结构简单可靠。并使超声波距离检测的精度明显提高,为超声波在精密测量领域的应用和推广提供了一种可能。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景与意义  9
  1.2 超声波测距的应用及发展现状  9-11
    1.2.1 超声波测距的应用  9-10
    1.2.2 超声波测距的发展概况  10-11
  1.3 本文研究工作  11-13
    1.3.1 课题研究目标  11-12
    1.3.2 论文的组织  12-13
第二章 超声波测距原理与系统设计  13-19
  2.1 超声波测距基本原理  13-16
    2.1.1 超声波  13-14
    2.1.2 超声波传感器  14-15
    2.1.3 超声测距原理  15-16
  2.2 系统总体设计  16-18
    2.2.1 系统组成  16-18
    2.2.2 系统工作原理  18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 超声测距系统的关键技术方案  19-26
  3.1 超声波测距的方法  19-20
  3.2 盲区处理  20-21
  3.3 测量精度的问题  21-25
    3.3.1 影响测量精度的因素  21-24
    3.3.2 提高测量精度的措施  24-25
  3.4 本章小结  25-26
第四章 超声波测距系统的硬件设计  26-38
  4.1 单片机模块设计  26-29
    4.1.1 C8051F040 单片机的特点  26-27
    4.1.2 外围电路  27-29
  4.2 CPLD 模块设计  29-31
    4.2.1 CPLD 型号的选择  29-30
    4.2.2 CPLD 的外围电路  30-31
  4.3 电源电路设计  31-33
  4.4 超声波发射电路  33-34
  4.5 超声波接收电路  34-36
    4.5.1 限幅保护电路  34
    4.5.2 带通滤波电路  34-35
    4.5.3 放大电路  35-36
  4.6 控制电路的硬件设计  36-37
  4.7 本章小结  37-38
第五章 超声波测距系统的软件设计  38-50
  5.1 系统软件设计概述  38-40
    5.1.1 硬件描述语言  38-40
    5.1.2 单片机 C 语言  40
  5.2 系统软件设计框图  40-43
    5.2.1 主程序结构  41-42
    5.2.2 CPLD 程序  42-43
    5.2.3 滤波程序  43
  5.3 CPLD 模块的软件设计  43-49
    5.3.1 发射模块设计  44-45
    5.3.2 接收模块设计  45-46
    5.3.3 计时计数器模块设计  46-47
    5.3.4 顺序执行计数器模块设计  47-48
    5.3.5 数据选择器模块设计  48-49
  5.4 本章小结  49-50
第六章 测距系统实验与误差分析  50-53
  6.1 测距系统性能实验  50-51
    6.1.1 实验目的  50
    6.1.2 实验内容及方法  50
    6.1.3 数据分析  50-51
  6.2 误差分析  51-52
  6.3 本章小结  52-53
第七章 总结  53-54
参考文献  54-57
致谢  57-58
攻读学位期间发表的学术论文目录  58-59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统 > 超声波检测及其设备
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