基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 學(xué)位論文 .doc

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1、理工大學(xué)學(xué)士論文1緒論1.1課題背景傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，其中，超聲波傳感器在測量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。利用單片機(jī)控制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且測量精度較高。超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場例如：液位、井深、管道長度等場合。因此研究超聲波測距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)

2、意義。對本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對單片機(jī)的理解和應(yīng)用。1.2課題研究意義由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因

3、此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此為了使移動機(jī)器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。63理工大學(xué)學(xué)士論文1.3現(xiàn)階段常見問題的分析及解決方案（1）超聲波傳播波速不恒定超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨周圍環(huán)境（溫度、壓力等）的變化而變化，其中溫度的影響最為明顯。常

4、溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，溫度每升高1℃，聲速增加約為0.6m/s，因此超聲波測距中一般采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，即在?shù)據(jù)處理中對超聲波傳播速度進(jìn)行實(shí)時溫度補(bǔ)償。（2）回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，使得接收傳感器接收到的回波信號隨著測量距離的增大而大幅減小，給回波前沿的準(zhǔn)確定位帶來困難，造成測量精度降低。在回路上串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)（AGV），使得電路放大倍數(shù)隨著測量距離的增大而相應(yīng)規(guī)律地增加，可有效解決該問題。（3）盲區(qū)發(fā)射超聲波時，超聲波換能器在驅(qū)動脈沖結(jié)束后，會由于慣性繼續(xù)振動，產(chǎn)生余振。余振期間，由于無法區(qū)分

5、回波信號與余振信號，因此必須等余振停止或衰減到足夠小后，才能允許接收傳感器接受信號。這段時間由于無法檢測超聲波傳播距離，從而出現(xiàn)盲區(qū)。為了減小盲區(qū)，即盡快讓余振衰減到零或足夠小，馬志敏提出自動根據(jù)測量距離遠(yuǎn)近調(diào)控發(fā)射功率的方法，即自動根據(jù)距離的遠(yuǎn)近來調(diào)整發(fā)射拖尾波覆蓋信號的寬度，從而消除拖尾波的干擾。QiangLi,Zhang提出增大余振衰減系數(shù)的方法，來加速余振的衰減。郗曉田提出通過減小電容上電壓最大值U的初值來加速余振衰減的方法，也可在一定程度上減小盲區(qū)。（4）超聲波旁瓣影響接收傳感器在超聲波發(fā)射結(jié)束后接收到的第一個波一般是串?dāng)_直通波。它是超聲波信號由近源的波束旁瓣或通

6、過換能器繞射，直接到達(dá)接收傳感器造成的。因此，安裝傳感器過程中，兩個探頭之間距離應(yīng)大于3cm，從而降低超聲波旁瓣對測距系統(tǒng)精度的影響（5）混響信號干擾63理工大學(xué)學(xué)士論文混響信號是由于水中介質(zhì)及界面等非目標(biāo)物對發(fā)射信號的反向散射波在接收點(diǎn)疊加而產(chǎn)生的。其本身是一種回波，且包含的信號頻率與發(fā)射信號相近，不能被一般濾波電路或算法消除。特別在近距離探測中，它是主要背景干擾。測距時，可以根據(jù)時間變化，控制接收放大電路的增益，以實(shí)現(xiàn)對混響信號幅值的抑制。（6）超聲波探測器測量分辨力和探測角度范圍的矛盾超聲波測距選用大波束角探測器，可以滿足探測范圍要求，但分辨能力較差，難于準(zhǔn)確地提供目

7、標(biāo)的邊界信息。然而如果采用小波束角探測器，可以滿足分辨能力的需要，但探測范圍很難滿足要求。針對這一矛盾，金元郁等提出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單套小波束角傳感器做扇形掃描的方法，即步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角[1]，測距系統(tǒng)便在當(dāng)前的角度上測取一個距離信息，結(jié)合當(dāng)前的掃描角度，就得到了一個較為精確，而且兼有距離、方向的位置信息。該方法有效彌補(bǔ)了大波束角探測器分辨能力差，小波束角探測器探測范圍不足的缺點(diǎn)。63理工大學(xué)學(xué)士論文2超聲波測距系統(tǒng)2.1超聲波超聲波是聽覺閾值之外的振動，其頻率范圍在10——10Hz，其中通常的頻率大約在10—