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基于ATmega8L高精度超声波测距仪的设计

作　者: 闫东磊
导　师: 刘教瑜
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 超声波渡越时间温度补偿高通滤波放电电阻
分类号: U491.116
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 447次
引　用: 5次
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内容摘要

随着我国经济社会的快速发展,人民生活水平的提高,汽车在家庭生活中也越来越多。安全驾驶成为公众关注的焦点,而保持一定的车距为必要的安全措施。超声波测距也随着发展起来。然而,随着工业技术的不断发展,传统的超声波测距仪器由于自身的局限性并不能满足人们的需求。因此研制一种高精度的、能够进行实时响应的、人机接口良好的、通讯能力强的超声波测距仪器本文通过对传统超声波测距仪器的分析比较,确定了高精度的超声波测距的方法以及实现过程。本文对传统的超声波测距仪器的实现方法进行了比较,选择时差法作为本系统的基本控制原理。对影响超声波在介质中传播的速度的各个因素进行了分析,确定要对系统误差影响较大的环境的温度因素进行补偿。系统选用40K赫兹的超声波作为测量工具,以ATmega8L单片机作为智能传感器的主控芯片,再加上一些外围的电路,并对传统的超声波测距仪器的发射接收电路、接收电路以及测量算法进行了改进,实现了高精度、能够进行实时响应、人机接口良好、通讯能力强、距离远、检测盲区小等要求,而且考虑到现场作业因素,在设计时,实现了安装方便和工作可靠等优点。本文基于ATmega81高精度超声波测距仪的设计分别从硬件和软件两个方面进行设计。在硬件设计中,主要将超声波发射、超声波接收信号处理、单片机系统、现场测温、数据通信等主要电路分模块进行研究。特别在是超声波的接收放大滤波电路中,不仅在设计中进行了数学分析,还在protues做了仿真,这样不仅可以节约成本,还可以缩短研发的时间。在软件设计中,采用模块化设计,并对温度和最后的距离计算做了滤波算法。最后,本文就基于单片机的高精度超声波测距仪的设计的特点,进行了归纳与总结。并对影响系统误差的各个因素一一分析。从中找到减少误差的方法。论文总体上达到了设计的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 超声波测距仪器的现状及不足  10
  1.3 课题提出研究的意义  10-11
  1.4 系统设计要求及主要研究成果  11-13
第2章系统总体设计  13-23
  2.1 系统的原理  13-14
  2.2 测距方案的选择  14-16
  2.3 声波在空气中的传播  16-17
  2.4 系统的总体设计  17-18
  2.5 硬件选型  18-22
    2.5.1 超声波探头的选择  18-20
    2.5.2 单片机选择  20
    2.5.3 放大器的选择  20-21
    2.5.4 检波器件的选择  21-22
    2.5.5 温度传感器选择  22
  本章小结  22-23
第3章硬件电路的设计  23-40
  3.1 超声波发射电路设计  23-25
  3.2 超声波接受电路电路设计  25-32
    3.2.1 前置同相选频放大电路  26-28
    3.2.2 二阶高通滤波放大电路  28-30
    3.2.3 第三级加法整形电路的设计  30-32
  3.3 温度测量电路  32-33
  3.4 检波电路设计  33-34
  3.5 通讯接口电路设计  34-37
    3.5.1 RS 485总线  34-36
    3.5.2 RS232通讯模块  36-37
  3.6 电源设计  37-38
  3.7 单片机电路设计  38-39
  3.8 现场控制输出电路的设计  39
  本章小结  39-40
第4章软件系统设计  40-48
  4.1 主程序编程  40-42
  4.2 子程序设计  42-47
    4.2.1 初始化  42
    4.2.2 脉冲产生程序  42-43
    4.2.3 超声波接受中断程  43-44
    4.2.4 通讯程序  44-45
    4.2.5 温度检测程序  45
    4.2.6 显示程序  45-46
    4.2.7 延时程序  46-47
  本章小结  47-48
第5章系统误差分析  48-51
  5.1 温度对测距的影响  48
  5.2 回波时间的测量误差  48-49
    5.2.1 发射脉冲所引起的误差  48-49
    5.2.2 单片机计数引起的误差  49
    5.2.3 检波电路引起的误差  49
  5.3 入射角对测距的误差  49-50
  5.4 不同介质对测距的影响  50
  5.5 盲区  50
  本章小结  50-51
第6章总结与展望  51-53
  6.1 总结  51
  6.2 展望  51-53
参考文献  53-55
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  55-56
致谢  56

基于ATmega8L高精度超声波测距仪的设计

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