第一篇：军事测距
军事上的测量距离的方法
测量距离，在战场上的用处最大，在简易测绘中最为重要，方法也最多。在这里，我们只能拣些最简单实用的讲一讲。
每人都有一副灵便的尺子，随时带在身边，使用起来十分方便。这副尺子就是我们的双脚。
用双脚测量距离，首先要知道自己的步子有多大?走的快慢有个谱。不然，也是测不准确的。
《队列条令》上对步子的大小有个规定，齐步走时，一单步长七十五厘米，走两单步为一复步，一复步长一米五；行进速度每分钟一百二十单步。
为啥规定步长一米五，步速每分钟一百二十单步呢?这是根据经验得来的。无数次测验的结果说明：一个成年人的步长，大约等于他眼睛距离地面高度的一半，例如某人从脚根到眼睛的高度是150厘米，他的步长就是75厘米。如果你有兴趣的话，不妨自己量量看。还有一个经验：我们每小时能走的公里数，恰与每三秒钟内所迈的步数相同。例如，你平均三秒钟能走五单步，那每小时你就可以走五公里。不信，也可以试一试。
这两个经验，只是个大概数，对每个人来说，不会一点不差，这里有个步长是否均匀，快慢能否保持一致的问题。要想准确地测定距离，就要经常练习自己的步长和步速。
怎么练习呢?连队不是天天出操、练步法吗?这就是练习步长和步速的极好机会。
还有个练习的办法，在公路上，每隔一公里就有一块里程碑，你可以经常用步子走一走，算算步数，看看时间，反复体会自己的步长和
掌握了自己的步长和步速，步测就算学会了。步测时，只要记清复步数或时间，就能算出距离。例如，知道自己的复步长1.5米，数得某段距离是540复步，这段距离就是：540×1.5米=810米。若知道自己的步速是每分钟走54复步，走了10分钟，也可以算出这段距离是：54×10=540复步，540×1.5米=810米。根据复步与米数的关系，我们把这个计算方法简化为一句话：“复步数加复步数之半，等于距离。”就能很快地算出距离来。
2.目测
人的眼睛是天生的测量“仪器”，它既可以看近，近到自己的鼻子尖，又能看远，远到宇宙太空的天体。用眼睛测量距离，虽然不能测出非常准确的数值，但是，只要经过勤学苦练，还是可以测得比较准确的。在我军炮兵部队中，有许多同志练出了一手过硬的目测本领，他们能在几秒钟内，准确地目测出几千米以内的距离，活象是一部测距机。
怎样用眼睛测量物体的距离呢?
人的视力是相对稳定的，随着物体的远近不同，视觉也不断地起变化，物体的距离近，视觉清楚，物体的距离远，视觉就模糊。"
而物体的形状都有一定规律的，各种不同物体的远近不同，它们的清晰程度也不一样。我们练习目测，就是要注意观察、体会各种物体在不同距离上的清晰程度。观察的多了，印象深了，就可以根据所观察到的物体形态，目测出它的距离来。例如当一个人从远处走来，离你2000米时，你看他只是一个黑点；离你1000米时，你看他身体上下一般粗；500米时，能分辨出头、肩和四肢；离200米时，能分辩出他们的面孔、衣服颜色和装具。
这种目测距离的本领，主要得靠自己亲身去体会才能学到手。别人的经验，对你并不是完全适用的，下面这个表里列的数据，是在一般情况下，正常人眼力观察的经验，只能供同志们参考。不同距离上不同目标的清晰程度
距离(米)分 辨 目 标 清 晰 程 度 100人脸特征、手关节、步兵火器外部零件。
150—170衣服的纽扣、水壶、装备的细小部分。
200房顶上的瓦片、树叶、铁丝。
250—300墙可见缝，瓦能数沟；人脸五官不清；衣服、轻机枪、步枪的颜色可分。
400人脸不清，头肩可分。
500门见开关，窗见格，瓦沟条条分不清；人头肩不清，男女可分。
700瓦面成丝；窗见衬；行人迈腿分左右，手肘分不清。
1000房屋轮廓清楚，瓦片乱，门成方块窗衬消；人体上下一般粗。
1500瓦面平光，窗成洞；行人似蠕动，动作分不清。2000窗是黑影，门成洞；人成小黑点，停、动分不清 3000房屋模糊，门难辨，房上烟囱还可见。
你觉得根据目标的清晰程度判断距离没有把握时，还可以利用与现地的已知距离，相互进行比较，有比较才能判定。比如，两电线杆之间的距离，一般为五十米，如果观测目标附近有电线杆，就可以将观测的物体与电引杆间隔比较，然后再判定。现地没有距离比较时，就用平时自己较熟悉的50米、100米、200米、500米等基本距离，经过反复回忆比较后再判定。如果要测的距离较长，可以分段比较，尔后推算全长。
由于天候、阳光、物体颜色和观察位置、角度的不同，眼睛的分辨力常会受到影响，目测的距离就会产生误差。
晴天：面向阳光观测，眼睛受到光线的刺激，视力会减弱，容易把物体测远了；如背向阳光观测，眼睛不受光线刺激，物体被阳光照射得清晰明亮，容易把物体测近了。
阴天或早晚天色较暗时：能见度减弱，物体显得模糊，容易把目标测远了。
雨后：空气清新，物体颜色鲜明，又容易把目标测近了。在开阔地形上目测，或隔着水面、沟谷观察，或从高处往低处观察，都容易把目标测近了。
应根据各种具体情况，经过艰苦练习，反复体会，摸出自己的经验。俗话说：“熟能生巧”，练得多，体会深，经验丰富了，就能比较准确地目测出物体的距离来。-
第二篇：红外测距总结报告
红外测距电路总结报告
学 院：机电工程学院班 级：学 号：姓 名：刘丰源
11电气1班 1100103139 摘要
本次实验是设计一个红外测距电路，它由软件和硬件两部分组成。软件部分包括信号产生、AD接收、数据处理、液晶显示；硬件部分包括发射模块和接收模块。此电路可以测较短的距离，精度在0~5mm之间。
关键词
STC8051单片机；红外测距；
一、方案设计
1、发射模块
采用用单片机产生一个1khz的信号经红外发射管发射这样设计既简单又方便，电路也更加简单。
2、接收模块 放大电路：
采用5v电源供电，利用lm358芯片进行单电源放大。由于放大倍数在20到40倍之间，经过一级放大即可。
滤波电路：
由于经过放大以后的信号还有很多杂波，而我们需要的是接收到的1khz的信号，一般的滤波器很难解决干扰问题，所以直接选用有源二阶带通滤波器。
峰值检波电路：
根据要求的精度为5mm，最简单的峰值检波电路即可胜任，出于节约成本的考虑，决定不用带运放的高精度检波电路，假如还要进一步提升测量精度，就需要选用更好的峰值检波电路。
AD转换电路：
AD转换选用0809芯片，它是并行传输的，占用的IO口太多，但是软件编写非常简单。
单片机控制电路：
AD转换的数字信号传入单片机，通过软件自动求出所测的距离，显示正确的距离。
二、电路分析
1.发射模块
由8051的定时器产生一个1khz的方波，用一个三极管驱动，将信号加载到红外发射管上。2.接收模块电路设计
因为红外接收管接收到的信号只有一百毫伏左右，而且还有很多干扰，需要先放大再带通滤波，单片机只能接受数字信号，所以还需要通过峰值检波输出一个直流电压，经TLC1543芯片转换成数字信号输入单片机进行处理。
考虑到题目测量范围和接收到的信号大小，选取放大倍数为40倍左右，倍数太大回出现波形失真，使测量的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，则能测量的最远距离会变小，放大倍数B=R4/R3=40； 关于有源二阶带通滤波器的设计：
令C=C3=C4，则req=R5//R6=(R5*R6)/(R5+R6)品质因数Q等于中心频率除以带宽
即Q=fc/BW=1/2*R7/req
由上边的公式，取中心频率f=1khz，增益A=2，品质因数Q=10，则令C=C3=C4=50nf，可以得到电阻值为R5=16K,R6=160，R7=64K;关于峰值检波电路的设计：
考虑到电容值越大检波效果越好，但是放电速度越慢，经过测试，选取了20uf的电容和100k的电阻以及1n4148构成最简单的峰值检波电路。
电路图及元件参数如下：
3.单片机控制模块
接收模块处理好的数据传入单片机，程序自动计算出此时的距离，再在1602液晶上显示。
三、软件分析
软件由4部分组成，信号产生模块、AD接收模块、数据处理模块和LCD显示模块，利用单片机的定时器0可以持续不断的产生1khz信号并输出，由于输出信号是稳定的，而接收管接收到的信号随着障碍物距离的变远而变小，所以我们可以通过检测信号的强弱来判断距离，我采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好，建成一张信号距离表,然后利用exelc将得到的数据汇成一条曲线，得到一个函数关系式，在程序中插入这个关系式，单片机得到一个信号，程序就会算出相应的距离，这样既简单又方便。处理好的数据直接传送到1602液晶屏显示即可。
四、调试和测试
调试中所用到的仪器设备主要有：有示波器，函数信号发生仪，稳压电源。数字万用表。调试过程如下：
首先调试发射部分，直接用示波器测量单片机输出的信号，为1khz；
再调试接收部分的放大模块：先用函数发生仪模拟一个接收信号，把放大电路和滤波电路断开，测量358芯片的1脚，输入信号为1khz，100mv的正弦信号，用示波器测量1脚为1khz，2.8v的正弦信号，放大倍数为28倍，由于有信号衰减，放大部分正常；
接下来调试带通滤波：把放大电路和滤波电路连好，输入函数发生仪产生的模拟信号，测量358芯片的7脚，得到一个稳定的正弦波，通过调节输入信号的频率，测得带通滤波器的中心频率为1.8khz，带通滤波器不正常。由于电阻自身的误差比较大，电容也有误差，再加上计算出来的电阻值没有刚好合适的，取得是相近的电阻元件，所以照成了较大的误差，我再在C3，C4上分别并联了一个相同容量的电容，再次测量中心频率变为880hz，截止频率400hz，这次滤波器可以满足要求了。然后接着测量整个电路的输出端，示波器打到直流档，调节信号强弱，发现检波电路工作良好。
最后我修改程序将输出信号改为880hz，接入红外发射和接收管，直接进行最终的整合调试，解决一些电路连接上的问题后，将电压再液晶上显示出来，用米尺画出一张标准距离图，测量出电压和距离之间的关系并做成表，最终填入程序中，再验证距离和长度的关系是否正确。整个红外测距电路到此结束。
五、心得总结
该电路设计简单，精度为5mm，但还可以进一步提高。虽然测量距离和超声波比起来短很多，但是精度高，适合短距离的高精度测量。但是当测量距离从近到远变化时，距离测量变化的灵敏度比较低。需要一个更好的峰值检波电路才能提高响应速度。
六、参考文献和资料
1.郭天祥编著《新概念51单片机c语言教程—入门、提高、开发、扩展全攻略》 2.TLC1543编程实例——百度文库 3.《运算放大器电路设计手册》
4.《有源带通滤波器的设计和计算》 5.《单片机C语言程序设计》
第三篇：超声波测距总结
超声波测距
超声波传感器用于超声控制元件，它分为发射器和接收器。发射器将电磁振荡转换为超声波向空气发射，接收器将接受的超声波进行声电转换变为电脉冲信号。实质上是一种可逆的换能器，即将电振荡的能量转换为机械振荡，形成超声波；或者有超声波能量转换为电振荡。常用的传感器有T40-XX和R40-XX系列，UCM-40T和UCM-40R系列等；其中T代表发射传感器，R代表接收传感器，40为中心频率40KHZ。
超声波的传播速度
纵波、横波及表面波的传播速度取决于介质的弹性常数以及介质的密度。
1.液体中的纵波声速：
C1=
k/
2.气体中的纵波声速：
C2=
P·/
式中：K——体积弹性模量
——热熔比
P——静态压力
——密度
注：气体中声速主要受温度影响，液体中声速主要受密度影响，固体中声速主要受弹性模量影响；一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之，气体中传播速度最慢。超声波测距原理
通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即: S = v·△t /2
这就是所谓的时间差测距法 或：
由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0.6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：
V = 331.45 + 0.607T
声速确定后, 只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。
超声波发生器可以分为两类：
1、使用电气方式产生超声波；
2、用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型，磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各有不同，因而用途也各有不同。目前较为常用的是压电式超声波发生器，其又可分为两类：（1）顺压电效应：某些电介物质，在沿一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上会产生电荷；当外力去掉后，又从新回到不带电的状态，这种将机械能转换为电能的现象称顺压电效应（超声波接收器的工作原理）。（2）逆压电效应：在电介质的极化方向上施加电场，会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种将电能转化为机械能的现象称逆压电效应（超声波发射器的工作原理）。
系统框图
超声波发射电路 方案一
利用555定时器构成多谢振荡器产生40KHz的超声波。如下图为555定时器构成的多谢振荡器，复位端4由单片机的P0.4口控制，当单片机给低电平时，电路停振；当单片机给高电平时电路起振。接通电源后，电容C2来不及充电，6脚电压Uc=0，则U1=1,555芯片内部的三极管VT处于截止状态。这时Vcc经过R3和R2向C2充电，当充至Uc=2/3Vcc时，输出翻转U1=0，VT导通；这时电容C2经R2和VT放电，当降至Uc=1/3Vcc时，输出翻转U1=1.C2放电终止、又从新开始充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期t1和放电时间t2有关，振荡周期为:
T=t1+t20.7(R3+2R2)C2
f=1/T=1/(t1+t2)1.43/(R3+2R2)C2=40KHz 有上面公式可知，555多谐振荡器的振荡频率由R2，R3，C2来确定。所以在电路设计时，先确定C2,R2的取值，即C2=3300pf,R2=2.7K。再将R2和C2的值代入上式中可得：
R3=1.43/C2·f-2R2 为了方面在实验中使用555芯片的3脚输出40KHz的方波，在这里将其用10K的电位器代替。
为了增大U1的输出功率，将555芯片的8脚接+12v的电压，同时将其复位端4脚接高电平，使用示波器观察555芯片3脚的输出波形，通过调节电位器R3的阻值，使其输出波形的频率为40KHz。
方案二
该超声波发射电路，由F1至F3三门振荡器在F3的输出为40KHz方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。F3的输出激励换能器T40-16的一端和反相器F4输出激励换能器T40-16（反馈耦合元件）的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C2、C3平衡F3和F4的输出使波形稳定。电路中的反相器用CC4069六反相器中的四个反相器剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池；测量F3输出频率应为40KHz,否则应调节RP，发射波信号大于8m。
方案三
该超声波发射电路由VT1、VT2组成正反馈振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40KHz；频率稳定性好，不需做任何调整，并由T40-16作为换能器发出40KHz的超声波信号；电感L1与电容C2调谐在40KHz起作谐振作用。本电路电压较宽（3v至12v），且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH，整工作电流约25mA，发射超声波信号大于8m。
方案四
该发射电路主要有四与非门电路CC4011完成谐振及驱动电路功能，通过超声波换能器T40-16辐射出超声波去控制接收器。其中门YF1和门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡器频率为40KHz；振荡信号分别控制由YF3、YF4组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4输出低电平，当YF3输出低电时，YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40KHz超声波。电路中YF1至YF4采用高速CMOS电路74HCOO四与门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA），效率高等；电路工作电压9V，工作电流大于35mA，发射超声信号大于10m。
方案五
本电路采用LM386对输出信号进行功率放大，LM386多用于音频放大，而在本电路中用于超声波发射。如图所示，LM386第1脚和第8脚之间串接的E1和R1，使电路获得较大的增益；TO为单片机输入口的脉冲信号，经功率放大后由5脚输出，驱动探头发射超声波。
超声波接收器模块 方案一
超声波接收传感器通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换为电信号，由于该信号幅度较小（几到几十毫伏），因此须有低噪声放大、40kHz带通滤波电路将回波信号放大到一定幅度，使得干扰成分较小，其电路如下所示。在此电路中，为了防止在超声波接收器上始终加有一直流信号让其工作导致传感器的寿命缩短，从而加上一隔直电容C4,从而C4和R5构成滤波电路。
在电路中，放大部分采用的是高速型运放TL084。综合考虑了反相放大器、同相放大器和测量放大器的优缺点后，最终选择了同相放大电路。因为同相放大器的理想输入阻抗为无穷大，理想输出阻抗为零，其带负载能力较强等因素。在此电路中，根据同相放大器的闭环增益公式：Af=1+Rf/Rr 由于接收到的信号幅度为几到几十毫伏，所以需要将其放大400多倍使得其接收到的40KHz信号不会被干扰信号给掩盖。为了防止引起运算放大器的自激振荡，在第一级的放大电路中，R7取值为470 K,R8取值为10K，其增益放大： Af1=1+R7/R8=48 在第二级放大电路中，R11的取值为100K，R12的取值为10K，其放大增益： Af2=1+R11/R12=11 两级增益为：Af=Af1·Af2=528 同相放大器的平衡电阻R6和R10的取值均为10K。平衡电阻公式为：
Rp=Rf/(Rf+Rr)C5和R9构成了一阶滤波电路。
方案二
该电路主要有集成电路CX20106A和超声波换能器TCT40-10SI构成。利用CX20106A做接收电路载波频率为38KHz；通过适当的改变C7的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
工作原理：当超声波接收探头接收到超声波信号时，压迫压电晶体做振动，将机械能转化成电信号，由红外线检波接收集成芯片CX20106A接收到电信号后，对所接信号进行识别，若频率在38KHz至40KHz左右，则输出为低电平，否则输出为高电平。
方案三
双稳式超声波接收电路
电路中，由VT5、VT6及相关辅助元件构成双稳态电路，当VT4每导通一次（发射机工作一次），触发信号C7、C8向双稳电路送进一个触发脉冲，VT5、VT6状态翻转一次，当VT6从截止状态转变成导通状态时，VT5截止，VT7导通，继电器K吸合•••调试时，在a点与+6V（电源）之间用导快速短路一下后松开，继电器应吸合(或释放)，再短路一下松开，继电器应释放（或吸合），如果继电器无反应，请检查双稳电路元件焊接质量和元件 参数。
方案四
单稳式超声波接收电路
本电路超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ，经R40-16选频后，将40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1至VT3组成的高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，控制VT4和VT5组成的电子开关带动继电器K工作。由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。可用作无线遥控摄像机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。电路中VT1β≥200，VT2≥150，其他元件自定。本电路不需要调试即可工作。如果灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的β值与电容C4的容量是否偏差太大。经检测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上，在室内因墙壁反射，故没有方向性。电路工作电压3V，静态电流小于10mA。
方案五
在本接收电路中，结型场效应VT1构成高速入阻抗放大器，能够很快地与超声波接收器件B相匹配，可获得较高接收灵敏度及选频特性。VT1采用自给偏压方式，改变R3的阻值即可改变VT1的工作点，超声波接收器件B将接收到的超声波转换为相应的电信号，经VT1和VT2两极放大后，再经VD1和VD2进行半波整流为直流信号，由C3积分后作用于VT3的基极，使VT3由截止变为导通，其集电极输出负脉冲，触发器JK触发D，使其翻转。JK触发器Q端的电平直接驱动继电器K，使K吸合或释放；由继电器K的触点控制电路的开关。
盲区形成的原因及处理
1、探头的余震及方向角。发射头工作完后还会继续震一会，这是物理效应，也就是余震。余震波会通过壳体和周围的空气，直接到达接收头、干扰了检测；通常的测距设计里，发射头和接收头的距离很近，在这么短的距离里超声波的检测角度是很大的，可达180度。
2、壳体的余震。就像敲钟一样，能量仍来自发射头。发射结束后，壳体的余震会直接传导到接收头，这个时间很短，但已形成了干扰。（注：不同的环境、温度对壳体的硬度和外形会有所变化，导致余震时间会略有改变）
3、电路串扰。超声波发射时的瞬间电流很大，瞬间这么大的电流会对电源有一定影响，并干扰接收电路。通常这三种情况情况在每次超声波发射时都会出现，即超声波在发射的时候,是一个高压脉冲,并且脉冲结束后,换能器会有一个比较长时间的余震,这些信号根据不同的换能器时间会有不同,从几百个uS到几个mS都有可能,因此在这个时间段内,声波的回波信号是没有办法跟发射信号区分的.因此,被测物体在这个范围内,回波和发射波区分不开,也就无法测距,从而形成了盲区.。
在硬件方面通常将超声波转换器之间的距离适当增大来减少盲区的范围；如果发射探头和接收探头分开，收发不互相影响，必须要求发射电路和接收电路的地线隔离很好，发射信号不会通过地线串扰过去，否则也是不能减小盲区的。
在软件中的处理方法就是，当发射头发出脉冲后，记时器同时开始记时。我们在记时器开始记时一段时间后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰。等待的时间可以为1ms左右。更精确的等待时间可以减小最小测量盲区。（注：超声波探头方向角越小、发射头和接收头位置越远，盲区就越小，测量距离也就越小）
第四篇：超声波测距总结报告
电子技术实验课程设计
超声波测距系统
总结报告
自03 胡效赫 2010012351
自03 胡效赫 2010012351
一、课题内容及分析
首先根据课程所给的几个题目进行选择，由于自己最近在做电子 设计大赛的平台设计，希望对超声波测距在定位方面应用有更详尽的了解，所以选择课题三——超声波测距作为课程设计，内容如下：
对课题进行分析：实验提供超声波传感器T40-16和R40-16，利用面包板和小规模芯片搭接电路，实现距离的测量及显示。大致思路即驱动发射端发出超声波，接收端收到返回的脉冲进行处理与计算得到测量距离并通过数码管和蜂鸣器显示。
二、方案比较与选择
由于超声波测距方案原理基本相同，只要能够检测出发射到接收的时间，并通过相应计算就可以得到所测距离。所以问题大致分为驱自03 胡效赫 2010012351 动发射端、接收端检测、间隔时间计算与计算结果显示四部分。具体的方案设计如下：
闸门脉冲源产生基准宽度为T 的闸门脉冲，该脉冲一方面控制计数电路的计数启动和并产生计数器清零脉冲，使计数器从零开始对标准脉冲源输出的时钟脉冲（频率为17KHz）计数。同时开启控制门，超声波振荡器输出的40kHz脉冲信号通过控制门，放大后送至超声波换能器，由发射探头转换成声波发射出去。该超声波经过一定的传播时间，达到目标并反射回来，被超声波换能器的接收探头接收变成电信号，经放大、滤波、电压比较和电平转换后，还原成方波。图中的脉冲前沿检测电路检测出第一个脉冲的前沿，输出控制信号关闭计数器，使计数器停止计数。则计数器的计数值反映了超声波从发射到接收所经历的时间（或距离）。
自03 胡效赫 2010012351
三、模块化设计及参数估算
1、闸门控制模块 设计思路
555振荡电路产生频率为2Hz的脉冲，作为闸门脉冲源。RC微分电路将输出的2Hz脉冲进行微分运算产生脉冲信号，作为计数启动和计数清零的信号，分别控制D触发器的置高端和74LS90的清零端。 参数设计：
555振荡电路T =(R1+2*R2)*C*ln2。其中R1取4.7kΩ，R2接入10kΩ滑动变阻器，最后实测7.51kΩ，C取47uF。RC微分电路R为1kΩ，C为4.7nF
2、超声波发生模块 设计思路
555振荡电路产生频率为40kHz的脉冲，作为驱动超声波发射端 自03 胡效赫 2010012351 的基础脉冲信号。
同时由2Hz闸门信号作为门控（高电平有效）。
再利用电压比较器，对555脉冲信号进行整形，而后输出。 参数设计
555振荡电路T =(R1+2*R2)*C*ln2。其中R1取2kΩ，R2接入 1kΩ滑动变阻器，最后实测440Ω，C取10nF。
3、超声波接收模块 设计思路
电压放大电路，利用LF347放大超声接收端信号
电压比较电路，利用电阻分压设计阈值电压VREF，当没有接收到信
号时V-大于V+,输出为负，当接收到信号时V-小于V+,输出为正。稳压电路，电压比较器输出端接1kΩ电阻，反接5V稳压管接地，自03 胡效赫 2010012351 使没有信号即输出为负时，输出-0.7V电平，有信号即输出为正时，输出5V电平。 参数设计
放大电路电阻值为1kΩ和750kΩ，放大倍数为750。
电压比较器VREF由100kΩ电阻和100kΩ的滑动变阻器分压决定，最终滑动变阻器阻值取为5.68kΩ，VREF取值大致为-0.6V。
4、计数控制模块 设计思路
计数控制模块由，计数启动和计数停止控制组成。由D触发器进行实现 当计数开始时闸门信号的微分电路给出低电平脉冲将Q置高，计数信号有效。而接收到回波后，接收信号由低变自03 胡效赫 2010012351 高，CLK产生上升沿将Q置低，计数信号关闭。
5、计数模块 设计思路
555振荡电路产生17kHz的脉冲型号用来计数 三个74LS90级联，采用十进制接法计数，分别对应米、分米、厘米。
计数信号控制源由计数控制模块的D触发器的Q信号给出 计数信号清零源由闸门控制信号的微分模块经由缓冲器后给出高脉冲清零。 参数设计
555振荡电路T =(R1+2*R2)*C*ln2。其中R1取5.1kΩ，R2接入
47kΩ滑动变阻器，最后实测18.98kΩ，C取2.2nF。
6、报警模块 设计思路
令A[4]，B[4]，C[4]分别对应米、分米、厘米，同时当模块计数时报 警应该无效，设D触发器输出信号为Q，则 逻辑函数Alarm = A1’A0’B3’B2’B1’Q 自03 胡效赫 2010012351 利用与非、或非及非逻辑运算搭接电路
四、实验电路总图
1、电路原理图
自03 胡效赫 2010012351
2、时序图
3、面包板布局
五、实验结果与实验中出现的问题分析
1、实验结果 结果：基本要求及提高要求全部完成。其中四个地方用到了滑动变阻器分别是三个555的脉冲源（产生2Hz、17kHz和40kHz的方波）和接收模块的电压比较器阈值电压VREF的确定。调试结果的各自03 胡效赫 2010012351 阻值已在模块设计中标明。
2、实验中出现的问题及分析
A．微分电路输出信号的检查
开始分模块调试时，不会测量微分电路输出的脉冲信号，然后不能确定问题出现在下级还是本级。经过老师的提示，只要把示波器显示的波形调到最粗最亮，调成相应扫描速度，可以看到面板上有亮点间歇显示。从而验证微分电路输出信号无误，并且幅值正确。
B．数码管显示不稳定
数码管显示不稳定，多数原因是由于数字电路与模拟电路相互干扰，计数器中混有杂波和高频信号。用示波器测量计数电路的74LS90的信号，发现有17kHz的杂波。首先将模拟地和数字地分开将555振荡电路的地直接由引线接到学习机上，而后数码管开始显示，但仍不太稳定。再在VCC和GND之间跨接0.1uF的电容滤掉杂波。之后数码管稳定显示。
C．信号输出不正确
D触发器输出电平Q在未接受到信号时应该是低电平，但始终是高电平。开始时不确定前级各模块的正确与否，有些停滞，之后确定前级信号正确，D触发器接线正确，而输出信号不对，则一定芯片的问题。换了芯片之后，输出正常。
六、收获、体会和建议
1、收获与体会 本次实验充分体会电路模块设计与调试的过程，对于设计电路和自03 胡效赫 2010012351 测试电路的能力有了更一步的提升。首先，搭接与调试电路时，应该本着自顶向下逐步求精的原则，在理解原理并确定原理正确之后，先对于面包板的布局进行规划，把相应的芯片测试后，插到相应部分，保证后面搭接时方便并且思路清晰。然后，按分模块逐级搭接调试的原则测试电路，保证了每一级的输入信号都是正确的后，如果输出不正确，去检查接线，接线正确后检查芯片是否正常工作。最后，发现信号干扰问题，尝试用滤波，分离数字地和模拟地，以及简单的搭接电容的方法，解决干扰。依照上述方法调试电路，保持一颗正常心态，可以高效并且正确的完成问题。
2、建议 由于整个实验过程中只需要，测量接收波形的上升沿，所以对于模拟电路中波形整形处理部分现对简单。现提出以下课程建议： 建议老师将提高要求的测量距离改为高于3m，这样同学们利用波形放大然后与阈值电压比较的方法就不能实现了，因为相应的杂波干扰也会随之放大，冲过阈值电压，影响结果。所以此时同学应该使用选频电路选出40kHz的波形，控制后面的计数模块，对于模拟电路部分会有更高的锻炼。
附工作日志
8月21日 自03 胡效赫 2010012351 经过周末的预习，查找了关于超声传感器的原理知识和超声测距的相关内容。分析了超声测距的实现方案，并将电路分为各个模块实现，每个模块进行了相应仿真（但有些仿真结果不理想，待硬件实测）。
本日上午首先针对超声测距系统方案中的几个模块与同学进行了讨论，包括方波频率的选择与实现，闸门信号的实现与清零，以及面包板的布局合理性。
而后首先搭接了三个555方波发生器。上午只搭接测试出了，40kHz的方波 本日下午再次对于板子的规划进行思考，并大致划分了区域，把相应用到的芯片放到了相应的位置。然后搭接测试出了2Hz方波。分别测试两种方波的频率均很稳定，效果不错。而后开始搭接超声发射模块的实现，将两种频率的方波进行逻辑运算，经由LS00，信号传至运算放大器LF347，将信号与2.5V电压值进行比较，得到最终的大约0.5s驱动一次超声波发射器的效果。
但是遇到的问题是，当2Hz和40kHz的方波共同输入到LS00中时，对2Hz的方波进行测量，示波器显示的频率很难稳定下来，发现混有杂波，可能是40kHz的杂波，也可能是交流成分。进行了各种测试，重新退到上一步骤，检查芯片的问题，等等。但是问题并没解决，后来怀疑是示波器测量可能不是很准。直接测量最终运放发射的信号，发现效果正常。问题解决。
而后进行超声接收信号接收处理的部分电路的搭接，以及触发器电路的搭接。之后搭出17kHz的脉冲源后，下课。
晚上又把数码显示和蜂鸣器部分搭出来了，明天分模块测试。8月22日
由于昨天已经把各个模块全部搭好，今天开始分模块测试和模块的联调测试。今天下来调试结果：
超声波发射模块调试通过正常运行，并且接收模块可以接收到相应信号，在示波器上显示相应波形。40kHz的555脉冲源正常，2Hz的555脉冲源正常，经过LS00运算后，到LF347正常驱动T40-16，而相应的R40-16接收到反射的超声波信号后，产生较大幅值的波形（较之原有的干扰信号），可以通过放大，与阈值电压比较后得到相应的脉冲信号（没有接收到信号时，信号为0，大于阈值电压，最终输出低电平信号-0.7V；接收到信号后，信号为负，小于阈值电压，最终由于稳压管稳压后输出高电平5V）。即，当调整出较好的阈值电压后接收到超声信号后会产生相应的上升沿信号。
对于闸门信号的作用部分，由74LS74双上升沿D触发器来完成。对2Hz脉冲信号进行微分运算，上升沿时给出正脉冲，经由40106COMS施密特反相器可以得到一直是高电平闸门信号时给出低电平和一直是低电平闸门信号时给出高电平的信号。将LS74的置高端接前者信号，给出低电平脉冲时D触发器被置高，而只有CLK信号给出上升沿后才能将D触发器置低。
！！但是输入信号都测出来了，输出不对哎有木有 所以明天LS74是重点哎有木有！！
而后是计数器显示模块，需要有17kHz的555脉冲源，搞定。与经由闸门信号控制锁存后的Q输出端进行逻辑运算（LS00），结果输出到LS90中进行计数并在数码管中显示。同时从计数的信号端中做组合逻辑实现低于0.2m时报警。同时计数器的清零信号由闸门信号微分运算后COMS施密特反相器整形后得到。
开始没有产生555脉冲信号的时候，将CLK和CLR用学习机模拟，效果很好，接上555后发现数码管不稳，有木有！！
模拟地和数字有干扰有木有！！想办法有木有！！自03 胡效赫 2010012351 数电电子技术实验考核的时候就有这个问题木有解决，明天上午一定要解决有木有！！
8月23日
今天来到实验室后重新整理了思路，调整了心态。理清了各个模块的作用关系，由最初级开始逐级测试，当确定D触发器的输入信号均正常，并且接线正常，而输出不正常，所以果断换了74LS74。突然之间信号变好了，然后数码管开始工作了，无比的开心。直接找助教验收基本实验，助教发现信号并不是很稳定，然后感觉计数器和数码管显示部分仍有杂波干扰，在VCC和GND之间接入0.1uF，信号稳定了，基本实验调试通过。好开心，有木有。而后通过改变阈值电压，使阈值电压接近0V，将距离较远处的返回信号，也作为有效信号。然后通过了提高要求。搞定！
第五篇：激光测距应用
激光测距应用
应用领域：
电力、水利、通讯、环境、建筑、地质、警务、消防、爆破、航海、铁路、农业、林业、房地产、休闲/户外、反恐/军事 主要应用方向：
在钢铁厂和轧钢厂用于过程监控 料位、液位的测量
行车定位系统、装卸处理设备的定位系统
对人力所不能到达部位的测量，如罐装物、管道、集装箱等 车辆、船舶的定位监控系统 起重安装设备位置控制 不宜接近的物体测量
距离、位置、液位、料位、生产线料坯传送定位 行吊XY定位 电梯运行测量 大型工件装配定位 运动物体位置监控 大型货架库存管理 超大物体几何计量 靶距自动控制 电气化铁路接触网测量
铁路建筑物限界测量以及江河湖海等的水位测量。测距发展路线： 民用，手持式 工业用，高可靠性 市场开拓方式： 大客户
代理商，借助代理商的客户群 具体应用示例： 1.汽车防撞探测器
一般来说，大多数现有汽车碰撞预防系统的激光测距传感器使用激光光束以不接触方式用于识别汽车在前或者在后形势的目标汽车之间的距离，当汽车间距小于预定安全距离时，汽车防碰撞系统对汽车进行紧急刹车，或者对司机发出报警，或者综合目标汽车速度、车距、汽车制动距离、响应时间等对汽车行驶进行即时的判断和响应，可以大量的减少行车事故。在高速公路上使用，其优点更加明显。2.车流量监控及车轮廓描画
这种使用方式一般固定到高速或者重要路口的龙门架上，激光发射和接收垂直地面向下，对准一条车道的中间位置，当有车辆通行时，激光测距传感器能实时输出所测得的距离值的改变，进而描绘出所测车的轮廓。这种测量方式一般使用的激光束发散角度较小，测距范围一般小于30米即可，且要求激光测距速率比较高，一般要求达到几百赫兹就可以了。这对于在重要路段监控可以达到很好的效果，能够区分各种车型，对车身扫描的采样率可以达到10厘米一个点，且对车流限高，限长等都能实时输出结果。如图3。在没有车辆到来时，激光测距传感器测出的是一个距离常量，也就是测距仪到地的距离，当有车辆从测距仪下面经过时，距离值改变，当距离值再次回到常量就认为有一辆车通过，根据这种方式我们可以对通过一些路段的车流量进行监控。现在常用的方法是对一段时间内的车流进行统计平均的方法，带有很大的估计成分，而视频统计的方法还有很多现实应用的困难，因此，激光测距统计方法为车流量统计提供了一种可行的方案。3.车辆行人违法监测
由于激光测距传感器的光束不是实质性的障碍，在利用激光测距传感器对路面进行监控的时候，并不会阻碍交通的正常运行。因此，在一些禁停或者禁止行人车辆通行的路段，用激光束平行路面以一定高度进行固定发射或者以一定角度进行扫描，当遇到有车辆违法停车闯红灯或者行人违法跨越护栏等，激光测距距离值改变，可以进行报警或者警示。这种应用光束不必要太宽，但一般要求测距距离比较长，以确保一定路段长度的防护距离。这种方式构成的智能交通违法监控系统将在交通物联网中得到很大的应用。4.激光测速传感器
激光测距传感器是激光测距技术在交通管理领域最早的一种形式，因为其卓越的性能，在实际应用中逐渐得到普及。激光测距传感器是采用激光测距的原理，是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在此时间间隔内被测物体的距离变化，从而得到该被测物体的移动速度。激光测速仪分为固定式的和移动式两种，固定式的一般固定在路边或者龙门架上，以一个比较小的角度迎向来车，一般通过车牌反射进行测量，测量精度比较高，可以达到±1公里/小时，测速范围可达250公里/小时，测距范围在此应用中不用太长，一般80到100米即可。移动式激光测速仪对操作要求比较高，一般光束发散角度要大于3 mrad，鉴于激光测速的原理，激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点，又由于车辆处于移动状态，车体平面不大，且测速需要一定时间，只能作为临时测速，取证应用。激光测距传感器由于光束发散角度较小，便于测速取证，不像雷达多普勒测速仪，在多车道测量时不能确知超速的具体车辆，且由于激光测速传感器发射的是近红外的光波，不能被雷达探测器、电子狗等探侧，且不易受市区雷达杂波干扰。鉴于激光测距传感器的上述优点，在智能交通中的应用将越来越普及。如图2。
5.测量传送带上箱子的宽度
使用两个发散型传输时间激光测距传感器，在传送带的两侧面对面安装。因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的，这样，每个激光测距传感器都测量出自己与箱子的距离，设一个距离为L1，另一个为L2。此信息送给PLC，PLC将两个激光测距传感器间总的距离减去L1和L2，从而可计算出箱子的宽度W。6.在港口码头上的使用 使用激光测距传感器，可以测量船只到船只的距离和船只到船只的相对速度。在一艘船只移动的过程中，用来检测船只到码头或到另外的船只的的相对距离和速度，船只根据激光测距传感器输出的数字信号，调整船只行进的速度和航线。如果使用云台可以测量一定角度范围的物体的距离，并且可以知道在那个角度有物体，其距离和相对速度。7.在火车站上的使用
使用激光测距传感器，可以测量火车到站台的的距离和火车到火车到站台的相对速度。
8.在石油钻机上的使用
使用激光测距传感器，可以测量游车到塔顶的距离和相对速度，防止“上碰下砸”事故的发生。
9、保护液压成型冲模 机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中，操作者必须保证每次放的位置准确。在上部冲模落下之前，一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离，这样可保证冲模闭合前处于正确位置。
10、二轴起重机定位
用两个反射型传感器面对反射器安装，反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上。一个单元前后运动，另一个左右运动。当起重机驱动板架辊时，两个传感器监测各自到反射器的距离，通过PLC能连续跟踪起重机的精确位置。
激光轮廓扫描仪
应用方向： 港口应用 1.岸吊大梁防撞
防止大梁与轮船上的烟囱、天线等相撞。2.岸吊集卡定位
通过测量集装箱的轮廓来判断卡车位置，通过面板显示司机应前进或后退的距离。
3.轮胎吊地面防撞
通过区域保护功能，防止轮胎吊的前进方向上与卡车、人物等障碍物碰撞，同时可起到防止两台轮胎吊相撞的目的。4.倒车雷达
通过区域保护功能，防止港口重型车辆在倒车时与卡车、人物等障碍物碰撞。
5.轮胎吊/轨道吊防打保龄
通过测量堆场中集装箱的轮廓，控制吊具的提升高度，确保吊具及吊具上的集装箱不与堆场中的集装箱碰撞，同时做到优化操作路线，提高效率的功能。交通应用 1.车辆超限检测
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，最宽值。2.货车体积测量
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，并计算车辆的体积。3.铁路货运安全检测门
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的截面，将截面数据与设定值对比，检测是否超出。4.铁轨障碍物检测
通过轮廓测量功能，测量在铁轨上是否有障碍物及障碍物的大小、位置。其它应用
1． 机器人和AGV自动导航车
通过轮廓测量功能，实现机器人自动导航或防撞，或地图扫描。2． 船闸应用
通过区域检测功能，检测航道上是否有船经过，以避免与船闸相撞。3． 盘煤系统
安装在堆取料机上，自动盘煤。4． 人数统计
监控人流密度，控制区域安全及节能等作用。5． 安防
通过人眼不可见的红外扫描，广泛应用于核电、军队、监狱、博物馆等重要场合的安防应用。6． 地图构建
通过轮廓测量功能，实现无人车的自动避障或周围环境的轮廓扫描。7． 机器人轮廓扫描及定位
通过轮廓测量功能，扫描物体的轮廓及位置，方便机器人抓取。市场开拓方式： 大客户
代理商，借助代理商的客户群
具体应用： 港口应用 1.岸吊大梁防撞
防止大梁与轮船上的烟囱、天线等相撞。
2.岸吊集卡定位
通过测量集装箱的轮廓来判断卡车位置，通过面板显示司机应前进或后退的距离。
3.轮胎吊地面防撞
通过区域保护功能，防止轮胎吊的前进方向上与卡车、人物等障碍物碰撞，同时可起到防止两台轮胎吊相撞的目的。
4.倒车雷达
通过区域保护功能，防止港口重型车辆在倒车时与卡车、人物等障碍物碰撞。
5.轮胎吊/轨道吊防打保龄
通过测量堆场中集装箱的轮廓，控制吊具的提升高度，确保吊具及吊具上的集装箱不与堆场中的集装箱碰撞，同时做到优化操作路线，提高效率的功能。
交通应用 1.车辆超限检测
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，最宽值。
2.货车体积测量
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，并计算车辆的体积。
3.铁路货运安全检测门
通过轮廓测量功能，测量过往车辆的截面，将截面数据与设定值对比，检测是否超出。
4.铁轨障碍物检测
通过轮廓测量功能，测量在铁轨上是否有障碍物及障碍物的大小、位置。
其它应用
1． 机器人和AGV自动导航车
通过轮廓测量功能，实现机器人自动导航或防撞，或地图扫描。
2． 船闸应用
通过区域检测功能，检测航道上是否有船经过，以避免与船闸相撞。
3． 盘煤系统
安装在堆取料机上，自动盘煤。
4． 人数统计
监控人流密度，控制区域安全及节能等作用。
5． 安防
通过人眼不可见的红外扫描，广泛应用于核电、军队、监狱、博物馆等重要场合的安防应用。
6． 地图构建
通过轮廓测量功能，实现无人车的自动避障或周围环境的轮廓扫描。
7． 机器人轮廓扫描及定位
通过轮廓测量功能，扫描物体的轮廓及位置，方便机器人抓取。
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