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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：设计一个超声波接近开关。要求能够实现利用超声波进行距离测量，从而实现控制的功能。测量时以被测物体无直接接触，能够清晰稳定的显示测量结果。可用于如汽车倒车提醒、液位、井深、管道长度的测量等场合，也可应用于汽车倒车雷达、航海、宇航、石油化工等工业领域。 意义：超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。由于超声波指向性好,能力消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常被用于距离的测量,利用超声波检测距离设计比较简单,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。超声波是一种频率在20khz以上的声波，作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性：反射、折射、干涉、衍射和散射，与物理联系紧密，应用灵活。并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较好。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。具有广泛的应用前景。

国内外研究现状

历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发展开始。声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。经过几个世纪，科学家们对此反复研究，最终发现了超声波的原理。超声波测距应用于各种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在的问题，比如，在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性。由于超声波在传播过程中，声压会随距离的增大而呈指数规律衰减，远目标的回波信号幅度小、信噪比低，用固定阀值的比较器检测回波，可能导致越过门槛的时间前后移动，从而影响计时的准确性，这必然会影响到测距的准确度。另外就是构成超声波传感器的压电陶瓷片在压电的双向转换过程中，存在惯性、滞后等现象，以及超声波脉冲在空气中传播本身及多重的反射路径，均导致回波信号被展宽，也使测量产生较大的误差，影响了测距的分辨率。其他如温度，风速等也会对测量造成一定的影响。计量学在制造业中越来越重要。直接在机器上测量尤其能推动制造业的发展。目前为止大部分还是采用视觉的或触觉的测量方法。但是墙的厚度就不能用这些来测量，因此德国人把超声系统结合到机器设计出了测距方法。随着超声波的发展，早在2000年时英国人就设计出了可观察、识别并测距的超声波集成系统。

2. 研究的基本内容

利用超声波测距原理，出于低成本、高精度的目的，我的超声波测距系统的设计方案基于AT89C51单片机来实现。硬件部分采用AT89C51单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路和报警电路。在分析超声波测距原理的基础上，依据设计好的超声波测距仪硬件设计电路图和软件设计流程图完成系统软件硬件的设计和调试。该系统测量精度为lcm，测量范围为5cm至3m，由数码管显示结果。当距离超出或不能接受信号时，报警电路工作，发出报警。本课题将力求实现基本测距功能，并在后期的实验中进一步研究减小误差、提高精度、增加可靠性的优化办法，以完成设计要求。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：由at89c51控制定时器产生超声波脉冲并启动内部的计数器开始计时，将电信号转化为超声波信号。超声波在空气介质中进行传播，当遇到障碍物时超声波返回，单片机接收返回的超声波，将超声波信号转化为电信号。通过计算超声波自发射至接收的往返时间差，从而通过计算得到实测距离。并用数码管显示器显示距离。从而达到测量距离的目的。 进度： 2017-01-09～2017-03-01： 查阅参考资料，了解相关技术国内外的发展现状，进行总体方案设计,完成开题报告；

2017-03-01～2017-03-26：设计超声波测距仪硬件构架和超声波测距系统原理电路图；

2017-03-27～2017-04-21：完成系统软件设计和调试；

4. 参考文献

[1]张谦琳．超声波检测原理和方法. 北京：中国科技大学出版社，2008。

[2]高伟．51单片机原理及应用. 北京：国防工业出版社，2008。

[3]牛余朋．基于单片机的高精度超声波测距电路．电子世界，2005(5)：27-29。