基于ARM的超声波测距模块开发.doc资源-CSDN文库

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第一章概述..................................................1

1.1 课题来源 ....................................................1

1.2 超声检测技术简述 ............................................1

1.2.1 超声波检测 ............................................1

1.2.2 超声检测误差来源 ......................................2

1.3 系统任务和要求 ..............................................3

1.4 系统方案设计 ................................................3

1.5 系统开发意义及应用 ..........................................4

第二章系统原理分析................................................5

2.1 超声波检测系统分析 ..........................................5

2.1.1 超声波测距原理 ........................................5

2.1.2 温度补偿原理 ..........................................5

2.2 超声波检测预备知识 ..........................................6

2.2.1 超声波的应用 ..........................................6

2.2.2 超声波传感器 ..........................................7

第三章系统总体设计...............................................11

3.1 智能测量模块总体设计 .......................................11

3.1.1 超声传感器的选择 .....................................11

3.1.2 超声信号的处理 .......................................12

3.2 系统模块电路设计 ...........................................13

3.3 系统通信总体设计 ...........................................13

3.3.1 串行通信基本概念 .....................................13

3.3.2 串行通信过程 .........................................14

3.4 系统通信软件设计 ...........................................14

第四章系统硬件设计...............................................16

4.1 关键器件选择 ...............................................16

4.1.1 嵌入式 ARM 微处理器 LPC2131............................16

4.1.2 液晶显示器 ...........................................16

4.1.3 超声波传感器.........................................16

4.2 超声波检测模块 .............................................17

4.2.1 超声波收发分体回路设计 ...............................17

4.2.2 超声波收发一体回路设计 ...............................19

4.3 液晶模块 ...................................................20

4.3.1 FYD12864-0402B 液晶模块介绍 ..........................20

4.3.2 FYD12864-0402B 液晶模块的应用 ........................21

4.4 串口通信模块 ...............................................21

4.4.1 串行通信协议.........................................21

4.4.2 串行通信总线标准接口.................................21

4.5 温度补偿模块 ...............................................22

4.5.1 温度传感器 DS18B20 原理 ...............................22

4.5.2 DS18B20 与 ARM 接口电路 ...............................22

4.6 电源模块 ...................................................23

第五章系统软件设计...............................................24

5.1 系统程序总体设计 ...........................................24

1.2.2 超声检测误差来源

本系统采用渡越时间法进行物位测量，通过不断检测超声波发射后遇到被测

界面所反射回来的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 t，然后求出待测物

位到传感器的距离 L,在已知声速 v 的情况下，不难得出：

L=0.5vt （1）

下面对影响超声波距离测量精度的因素进行逐一分析。

（1）声速

从式(1)可以看出，必须知道声波在媒质中的传播速度 v，才能从传播时间

求出待测距离，但是各种媒质有不同的声速。因此，在实际测量时，很难把声速

看成一个不变的恒量。当媒质的成分、温度、压强等因素都没有很大的变化，而

且测量精度要求又不很高的情况下，把声速当作不变的方法才能勉强满足测量要

求，否则就应该进行声速校正。

在多数情况下，温度是影响声速的一个重要因素，例如在空气中声速理论公

式为：

422.3316066.00005.0

2

�� TTv

t

（2）

式中 T 为摄氏温度，式（2）表明空气中声速是温度的函数，此时式(1)为

t422.3316066.00005.05.0

2

�� ）（ TTL

m （3）

不难看出，温度每变化 1℃，引起声速变化约千分之 1.8。这对测量结果影

响较大。所以，应进行温度补偿。通常情况下，可在设备中安装温度敏感元件，

采用适当的补偿电路，利用敏感元件的输出信号来对声速进行校正。

（2）硬件响应时间

硬件电路是有一定延时的。例如滤波电路一般在几十微秒左右。另外超声物

距测量系统中广泛采用 ARM 来检测渡越时间，而 ARM 系统的延时，相对来讲也比

较大。例如利用 ARM 的外部中断来检测回波触发信号。尽管它己经被设置为最高

的中断优先级，并且不会被其他的中断所阻碍，但是中断响应是需要一定时间的。

（3）触发时间

一般来说，以接收信号的幅值超过我们规定的阈值时的时刻作为停止计时信

号

[6]

。当待测物位发生变化时，接收电路输出信号的幅值就发生变化，距离近输

出信号幅值较大，此时在回波信号的第二周幅值就有可能超过规定的阈值，进而

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