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作者：江西理工大学应用科学学院 张传鹏 肖小龙 李勇明
指导教师：谢小云 刘会衡

　　作品简介

　　随着传感器和单片机控制技术的不断发展， 非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD探测、雷达测距、激光测距等。其中，CCD探测具有使用方便、无需信号发射源等特点，但视觉测距需要额外的计算开销。雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但其成本高、数据处理复杂。
　　与前几种测距方式相比，超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点。目前，超声波测距已普遍应用在液位测量、移动机器人定位和避障等领域，应用前景广阔。
　　本设计以PK10N512VLL100开发板为控制核心，主要外围模块包括液晶显示模块、蜂鸣器模块、超声波测距模块、按键输入模块。

　　系统结构图如下：　　

 　　各模块基本功能：

• 液晶显示模块：显示提示字符和测量的数据，方便阅读数据，实现人机交流。
• 蜂鸣器模块：通过蜂鸣器的声音来确定按键是否成功按下。
• 超声波测距模块：测量物体和基准点之间的距离，发送给核心板送到液晶显示。
• 按键输入模块：保持数据，查看保存的数据。

　　功能与说明：
　　本设计产品主要有三种工作方式：实时测距模式、数据储存模式和翻页模式。
　　实时测距模式是系统上电后，就进入该模式进行实时测距，测量值动态的显示在1602;
　　数据存储模式是按键1按下一次存储一个值，再按下一次返回到实时测距模式继续测值，重复该操作存储N个值;
　　翻页模式是查看存储的数据，当按键2按下切换到另个界面，从第一个到第N个值逐个查看并显示存储的是第几个值。

　　平台选型说明

　　主控：嵌入式开发板(以Freescale MK10DN512ZVLL10芯片为控制核心)
　　开发环境：MDK V4.22
　　调试下载工具：J-LINK V8

　　设计说明

        一、工作原理
　　超声波模块是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。我们就是利用反馈回来的电信号来计算出从超声波发射到接受所耗用的时间，从而可以精确计算出所测的距离。(厘米级别)

　　二、硬件设计
　　1、设计原理图　　

 　　此模块工作原理如上所述，因此可以通过接受管反馈回来的电信号来精确计算出从发送到接收声波所花的时间，从而可得所需测的距离。(S=Time*340/2)

　　2、按键电路
　　此模块是利用通过按键产生的信号来达到控制超声波工作。开关S1的作用：当我们确认了所测的距离时，按下此键在稳定读出当前值的同时将其存入内存中，可用于连续测距，最后记录数据。开关S2的作用就是用来翻页查看当前所存储的数值。我们通过蜂鸣器的报警来提示按键已经正常按下，如若没有蜂鸣器报警说明此次按按键是无效的。　　

 　　3、显示电路：
　　我们这里是利用1602来做显示功能其分为两个界面：实时测距和翻页查看。
　　实时测距：就是我们手持超声波测距系统可以实时测出我们到的障碍物的距离。当数据稳定后我们通过按键模块保存数据。当我们要查看前几次数据时，我们也可以通过按键模块来进入翻页查看界面。　

 　　三、软件设计　　

 　　系统上后就进入实时测距模式等待按键按下，当按键1按下时进入数据存储模式，保存一个值并稳定显示在1602上，再按一次返回实时测距模式，重复操作可以存储N个值。按键2按下时翻页模式进入另一个界面，可以查看刚才存储的测量值，从第1个到第N个值逐个查看并显示出是第几个测量值，查看完毕返回到实时测距模式。

　　作品特色

　　主控系统采用PK10N512VLL100控制芯片，计算速度快，运行稳定;超声波是高于频率20KHZ的声波，具有方向性强和穿透能力强的特点，遇到障碍物可反射，可用于距离的测量，避开障碍物，倒车提示等;超声波传感器结构简单,体积小,费用低,信息处理简单可靠,易于小型化和集成化;对于现如今高速发展的科学技术和越来越智能化的社会生活来说超声波测量技术还需要不断发展来满足社会进步的需要。现阶段的超声波测距还没有到达顶峰还有很大的发展空间而怎样实现超声波测量技术的更智能化更实用性是今后超声波测量技术的发展方向。举例来说目前军事领域中潜水艇的超声波测距系统还需要完善其隐蔽性等性能;勘探领域中还需要克服地形等环境因素所造成的影响;医学领域中如超声波探伤技术还需要进一步提高其测量精度。这些都是现在超声波测量技术的不完美之处需耍进一步改进。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2347