《超聲波導(dǎo)盲儀設(shè)計(jì)報(bào)告.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)設(shè)計(jì)方案電氣09-3班陳博宇學(xué)號(hào)：22090243超聲波導(dǎo)盲儀設(shè)計(jì)報(bào)告一、問(wèn)題提出人生活過(guò)程中95%的信息是通過(guò)視覺(jué)獲得的。盲人生活在黑暗的世界中，給工作、生活、社交活動(dòng)帶來(lái)了莫大的困難。如何安全行走,是盲人生活中最大的問(wèn)題。傳統(tǒng)的手杖使用起來(lái)有諸多不便，導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練周期過(guò)長(zhǎng)且價(jià)格較貴，不利于普及。我們?cè)噲D利用超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲的功能，制作出使用方便、價(jià)格低廉的導(dǎo)盲儀。二、功能當(dāng)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出的超聲波被前方障礙物反射并被接收裝置接收時(shí)，語(yǔ)音電路根據(jù)障礙物距離發(fā)出不同頻率的報(bào)警聲音，以提醒使用者。此時(shí)使用者可按下設(shè)置的按鍵，報(bào)警響聲中斷，同

2、時(shí)讀出障礙物距離。報(bào)警聲響起時(shí)，電路板上的LED燈會(huì)亮起，以提醒路人讓路。我們還加入了菜單選擇功能，用兩個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能，按第一個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)選擇不同的報(bào)警范圍（2.5米，2.0米,1.5米,1.0米）測(cè)距頻率（200um,400um），音樂(lè)類型和使用版本的第一級(jí)選擇，第二個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)具體的二級(jí)選擇。三、設(shè)計(jì)原理該裝置以ATmega16單片機(jī)作為控制器，利用超聲波回聲測(cè)距的原理測(cè)距，用聲音報(bào)警。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。該系統(tǒng)基本主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接收放大電路、按鍵控制和聲音報(bào)警電路。Atmega16用來(lái)控制、協(xié)調(diào)各部件的工作。工作時(shí)先由單片機(jī)

3、控制的振蕩源產(chǎn)生信號(hào)以驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器，使它發(fā)射脈沖。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)超聲波脈沖發(fā)射后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，在檢測(cè)到第一個(gè)回波脈沖的瞬間，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，計(jì)算出從發(fā)射到接收的時(shí)間差Δｔ，最終利用Atmega16計(jì)算出距障礙物的距離。所需元器件：Atmega16一片，超聲波探頭TCT40一對(duì)，CD4049一片（1元），NE5532一片（一元），LM311—8一片（一元），BMP5008語(yǔ)音電路一塊（35元）,0.5W揚(yáng)聲器一個(gè)（3元），四節(jié)電池盒一個(gè)（三元），四個(gè)10K，三個(gè)1M，一個(gè)5.1K的電阻（每個(gè)5分），三個(gè)224P，一個(gè)104P，一個(gè)30P，一個(gè)1000P的電

4、容（每個(gè)5分）能自動(dòng)變顏色的LED燈一個(gè)（8毛）。1．超聲波測(cè)距原理：超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波本時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，就成為超聲波接收器。在超聲探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲測(cè)距大致有以下方法：①取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值基本固定)

5、與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；②測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔△t，故被測(cè)距離為S=S＝V·△t/2?。本測(cè)量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。所需公式：測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差△t，然后求出距離S。在速度v已知的情況下，距離S的計(jì)算公式如下：在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是340米／秒，但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中受溫度的影響較大，如溫度每升高1，聲速增加約0.6米/秒。因此在測(cè)距精度

6、要求很高的情況下，應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度加以校正。已知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度T時(shí)，超聲波傳播速度V的計(jì)算公式可近似如下：聲速與溫度關(guān)系表：2．硬件系統(tǒng)(1)超聲波發(fā)射電路單片機(jī)PB3端輸出的40kHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極。另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端。可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)。用以提高驅(qū)動(dòng)能力。此處反相器為CD4049。(2)超聲波接收電路:此電路前級(jí)采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，后級(jí)采用LM311-8比較

7、器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。前級(jí)R1、C3和R2、C4分別構(gòu)成RC濾波電路，濾掉周圍的雜波。LM311-8的第七腳把接收到的信號(hào)送到單片機(jī)的PD2口。(3)Mega16使用情況：PB3接發(fā)射電路PD2接接收電路PD3接按鍵PA0-PA5接BMP5008模塊的P00-P05(4)語(yǔ)音電路：地址選段放音：將“P0口功能選擇端”接地，將JK2插座的P00—P05定義為8421編碼模式，可以尋址1-62段內(nèi)容。端口接受3.3V電平。如外部控制單片機(jī)采用的是5V供電的單片機(jī)，請(qǐng)加電平轉(zhuǎn)換電路或芯片（直接將5V電平加到5008板的I/O口上會(huì)損壞主芯片）。8421的編碼說(shuō)明

8、如下：P05P04P03P02P01P00（低電平有效）00000