论文总字数：17926字

目 录

第一章．绪论 6

1.1课题背景及重要意义 6

1.2超声波测距存在的问题与现如今的解决办法 6

1.3本设计主要研究内容和研究意义 7

第二章．超声波测距原理与方法 8

2.1超声波的研究 8

2.2 超声波测距原理及方法 8

2.3超声波模块HC-SR04介绍 9

第三章．采用双超声波接收头的测距方法 11

3.1 系统的结构流程设计 11

3.2MCU算法控制 13

3.2.1 距离计算与方位判断 13

3.2.2有关车速的讨论 15

3.3 小车停止方法设计 15

3.3.1继电器的使用方法 16

3.3.2 继电器与小车的连接 16

3.4 系统流程图 17

第四章．系统硬件和软件综合设计 17

4.1 超声波发射电路及接收电路 17

4.1.1超声波发射电路 17

4.1.2超声波接收电路 18

4.2液晶屏12864介绍 18

4.3超声波测距的算法设计 19

4.4主程序流程图 20

4.5捕获程序和中断服务程序 20

第五章．实验结果和总结 21

5.1 测量结果和误差分析 21

5.2 设计的优点和缺点 22

5.2.1 使用两个超声波接收头的测距小车的优点 22

5.2.2使用两个超声波接收头的测距小车的缺点 23

5.3 改进方案 23

5.4 总结 24

参考文献 24

致谢 26

基于双超声波接收头的防撞小车的设计与实现

李笑乾

，China

Abstract：Ultrasonic wave has a strong point, slow energy consumption, etc. Even in industry and our life we can use many kinds of distance measuring methods. But generally we use the ultrasonic distance measurement. Ultrasonic ranging is widely used in water level measurement, reversing radar, intelligent robot and so on.

This graduation project uses the MSP430 single chip microcomputer as the processor based on the double ultrasonic receiver head to avoid car collision. This design process is based on modular design and five main parts are included such as main program, ranging procedure, the capture program, the program delay and the trolley stop program and so on.Two HC-SR04 ultrasonic module produces ultrasonic wave and receive the return wave，Distance measurement using MSP430 processor and the measurement results is replayed on the LCD12864 LCD screen. System circuit includes the following three parts：Ultrasonic transmitting , receiving circuit, MSP430 circuit and car control circuit。The main task is to determine whether an obstacle is in front of the car and then according to the situation to stop the car .

Key words：MCU430, Ultrasonic Ranging, double ultrasonic receivers

第一章 绪论

本章首先介绍一下世界各国对于超声波研究的现状以及发展，以及现如今超声波测距遇到的问题以及我国科学家提出的解决方案。同时也简要讲解了我的设计思路以及与一般超声波测距设计的差别与先进之处，并且介绍了假设运用于实践后的优点与发展前景。

1.1课题背景及重要意义

近些年来，尤其是20世纪以后，全世界对于超声波的利用已经很是熟练。超声波碎石、超声波探伤、超声波测距等技术也是愈发的娴熟，本次毕业设计就是来研究现如今应用范围越来越广泛的超声波测距这一方面。

由于超声测距是一种近中距离测距方式，不会受到光线强度、测量物颜色等的影响，和其他测量方式比较，它更加稳定，更耐湿潮、高温、低温等恶劣环境，具有减少维护、不会污染、可靠性高、使用寿命长等特点。因此可广泛应用于矿业、水文、农业用水、化工业、水处理厂、环保检测、高速公路测速等行业中。由于超声波的适用性非常的强，因此，在空气中的测距方面，超声波有远超红外线测距的优点。由于超声波波速相比于红外线小很多，因此在数据处理，数据接收方面也不需要尤其的灵敏，所以广泛应用于倒车雷达、近距离测距等方面。本文就是根据超声波的这些优点，对一般的超声波倒车雷达进行改善，使用双接收头超声波测距系统，以期达到判断障碍物在小车正前方停车还是斜前方继续前进的功能。

1.2超声波测距存在的问题与现如今的解决办法

现如今各国对于超声波测距已经进行了非常透彻的研究，取得一系列突破性的进展，超声雷达，超声探测等方面已经运用成熟。但是由于一些超声波本身的特性，有一些急需处理的问题仍需要继续改善。

1）超声波传播速度的不恒定

总所周知，超声波是声波的一种，而声波的传播速度是要看介质的属性的。波速也受周围环境因素如温度、压强等影响的，温度是对超声波波速影响最大的。因此在通常的超声波测距系统中，我们都是要考虑温度对超声波的影响的。一般采用温度补偿模块实时的测试当前的温度，然后根据当前的温度采用不同的波速。当然在一些小距离测距中，可以直接采用当前温度下的声速进行计算而不需要实时计算温度。

2）超声波接收回波信号能量随传播距离呈函数式衰减

由于超声波在传播过程中有损耗，且经过障碍物反射回的超声波也不是全部发射的超声波，这样会使得超声波接收器接收到的回波的幅值（能量）随传播距离增大而衰减，也就是说接收的返回波信号能量会降低。我们可以在返回电路中接入回波增益电路，使回波随传播距离的变大而变大，这样可有效解决回波衰减的问题。

3）混响信号的干扰

混响信号是由于超声波在水中或者一些特殊的介质中传播的时候，由于这些介质的不纯净，会有一些其他杂质，对超声波的传播进行干扰，产生我们不期待的小回波，这种小信号就是混响信号。一般的超声波测距电路是不可能分辨出混响信号与原接收信号之间细微的差别。特别是在探测距离较近的情况下会比较明显。因此在进行超声波测距的时候，我们可以在接收电路中增加滤波器，通常来说精度比较精确的滤波器是可以滤除混响信号这一小信号的，这样来实现对不需要的混响信号的幅值进行消除。

1.3本设计主要研究内容和研究意义

在通常的超声波防撞小车中，制作者一般是使用一个发射头对应一个接收头，通过测出距离来判断是否停车，一般来说超声波测距模块只能测量物体面积远大于模块的物体，不会出现特别大的误差。但是有一个比较麻烦的问题就是，在实际生活中，障碍物不仅仅是面积大的墙壁之类的，障碍物也可能是柱子等圆柱状的东西，由于一般的超声波测距模块，都具有一定的探测角度，本次毕业设计使用的HC-SR04超声波测距模块也有大概15°的扩散角度，这就会造成比较小的物体即使没有在小车直线行驶的路程上，而是在小车斜前方不影响小车直线行驶，超声波接收器也会接收到超声波发射头发射斜角度的超声波的返回波，这就会使小车智能停止系统判断失误，使小车在障碍物不影响小车行驶的情况下停车。因此，为了解决这一问题，我就想假如在小车前方左右两角各自增设一个接收头，也就是两个接收头，中间是发射超声波头，然后根据算法算出左右两个接收头接收返回信号的时间差值来定位距离。提前在单片机里面设置好阀值，根据距离和阀值的大小来判定是否使小车停止。

本次毕业设计所完成的基于双超声波接收头的防撞小车的设计与实现，可以有效的避免在行驶过程中，司机由于视觉死角或者自以为障碍物不会影响驾驶而造成惨剧时间的发生，尤其不会被斜方的物体所误导引起不必要的事故。当司机在开车行驶的过程中，出现不正当的判断，则本系统会强制进行纠正，及时停车，避免一些惨剧的发生。现如今超声波防撞系统仍在快速发展与前进，这种基于超声波的防撞系统有如下特点：

△会自动探测车辆行驶过程中，出现在小车斜前方的物体，自动判断这些物体会不会对车辆的行驶产生危险；

△本系统采用MSP430单片机来进行控制，稳定性非常强，而且在功耗方面也是相比于其他系统要大大降低，会降低车辆行驶过程中的成本；

△实现模块化制作后，安装方面简单，便于操控；

因此，我们可以看出本次设计的基于双超声波接收头的防撞小车系统是具有很大的研究价值和应用价值的。

第二章 超声波测距原理与方法

本章简要讲述了超声波的物理性质，简述了超声波传感器的分类以及一种简单的超声波测距方法。详细介绍了本实验采用的HC-SR04模块的使用方法，同时分析了此模块的缺点，即也是本实验的实验改进重点。

2.1超声波的研究

超声波技术是一门基于三门学科交叉成长的技术，分别是电子技术，物理技术，材料技术三大学科。超声波的发射是第一步物理过程，途中我们要考虑超声波的传播条件，最后超声波的接收是最重要的一步。前文已经提到过超声波在我们生产生活中的重要作用，因此，在我国的各行各业中，超声波技术已经成为不可或缺的研究重点。下面是超声波的一些物理性质：

(1) 超声波的反射和折射

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17926字

相关图片展示：