光电子课程设计：
基于三角测量法的激光测距
摘要：本文先对激光测距的种类及原理进行介绍，其次分析不同种类的优缺点。确定制作测距仪器的制作方向。分析测量当中不同元器件存在的问题，寻找有效的解决方案，重点研究摄像头成像时存在误差的形成原因。根据研究得到的数据，对PC客户端的程序设计进行调整。利用程序尽可能减少由于硬件产生的误差。重点是设计出能确定光点的定位算法，通过对摄像头的定标、激光定位，达到实验数据与实际测量误差在10%以内。最后，提出对作品进行优化和系统功能提升计划
关键词：短距离、低成本、三角测量法
ABSTRACT: In this paper, the principle of laser ranging species and introduced first, followed by analysis of the advantages and disadvantages of different types. Production rangefinder to determine the direction of the production. Analytical measurements among different components of the problems, to find effective solutions to the causes errors in the presence of the camera focused on imaging. According to data obtained from studies on the client PC programming adjustments. The use of procedures to minimize errors due to hardware-generated. Focuses the light spot can be determined to design the location algorithm, through the camera calibration, laser positioning, to the experimental data and the actual measurement error is within 10%. Finally, the work in optimizing system functionality and Enhancement Programme
KEY WORDS: Short distance、Low cost 、Triangle measurement
目录
1、前言
1.1激光测距
1.2激光测距仪
1.3三角测量法激光测距简介
1.4设计目标
2、测距方案
2.1几种常用的测距方法
2.1.1手持激光测距仪
2.1.2望远镜式激光测距仪
2.2测距方案选定
2.3三角测量法
3、硬件模块设计
3.1激光发射模块设计
3.2信号接收模块设计
3.2.1摄像头定标
3.3激光出射角
4、PC程序设计
4.1摄像头调用
4.2光点定位
5、结论
前言
1.1激光测距
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距激光测距技术是一种集合了光学、计算机科学、机械设计等的高新技术。而根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。激光测距主要应用在远距离或者非接触情况下，如建筑桥梁、隧道挖掘等领域得到广泛应用。
1.2激光测距仪
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
激光测距仪主要分为手持激光测距仪、望远镜式激光测距仪和相位式激光测距仪。早期，激光测距仪广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。后来由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
国内外已有不少公司有对激光测距仪进行研发，并且都能达到较高的精度，但价格较高，且短距离测量不准确。并且长距离的激光测距仪都会存在盲区，则当测量距离少于15米时，测量不准确。
1.3三角测量法激光测距简介
激光测距并不只依赖单一的技术。面对不同的测量环境，可以有不同的测量方案。例如，测量远距离的地形测量、矿石挖掘测量等，可以应用脉冲激光测量。而本项目则提出一个新的测量理念运用到短距离的测量情况。
三角测量法激光测距是将激光打到待测物体上时，利用摄像头接收画面，通过对感光位置的计量，测出空间距离。
1.4设计目标
本作品的测量精准度与摄像头像素成正比。而本设计的主要目的是运用低成本元器件制作出短距离激光测距仪。由于选有低成本元件，因此硬件的误差会存在明显。我们可以通过程序优化、摄像头标定、利用数据改良等方式尽量减少误差。
测距方案
实现测距的方式有多种，面对不同的测距情况可以选择不同的测距方案。而且实现各种方案的成本和复杂度有较大的区别。这些因素将对最终扫描方案的选取产生决定性影响。
2.1几种常用的测距方法
下面将会对不同的测距方法进行分析，主要关注不同的测距方法生产是的复杂程度和生产成本。
2.1.1手持激光测距仪
手持式激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激 激光测距仪光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
由于手持式激光测距仪是主要对激光出射和接收之间的时间差，所以，对元器件的精度要求较高，成本自然也会上升。
2.1.2望远镜式激光测距仪
这类测距仪精度相对较低，一般在1米左右，有的光学放大倍率可以达到6~9倍，测量距离比较远，一般在600-3000米左右。主要应用范围为野外建筑，环境勘察，建立机战，等需要野外长距离测量的情况。望远镜式激光测距，主要针对远距离勘测。短距离勘测则误差较大。
2.2测距方案选定
分析了上述测距方案，都不符合本次测距的要求。实际上，除了现在普遍的利用脉冲激光测距和相位激光测距，还有一种基于几何角度进行的三角测量法。本次实验的主要目的是实现短距离、低成本测距。因此，我们选定了三角测量法激光测距。
2.3三角测量法
三角测量法，实际就是利用相似三角形的类比，通过两个确定的已知量和一个可以变化需要计算的可变量，求出待测量。
根据上图，我可以得到公式：
x
f b z x f b z ?=?=
z ：待测距离
b ：摄像头与激光之间的距离
f ：摄像头焦距
x ：CCD 板上的距离
硬件模块设计
3.1激光发射模块设计
在理想状态下，希望摄像头采集的图像中，只包含激光头射出的点光源，其他部分为黑色，没任何杂光。这样的图片利于程序快速、准确地找到激光位置。现在，有多种方案可以减少画面中环境光的影响。如增大激光器的功率，在摄像头前加装滤光片。
实际中，周围环境的光为主要干扰，特别可见光为主。因此，我们可以采用发射红外波段的激光作为光源。但，由于大功率红外光激光器的成本较高，我们采用了650nm的红光激光器作为光源。
3.2信号接收模块设计
照射在物体上的光信号需要用摄像头来采集，一般测量用的摄像头会比较贵。本次实验选用普通的电脑USB摄像头，感光元件尺寸为640*480像素，再将650nm 的红光高透滤光片套在摄像头前，接收模块基本完成。
3.2.1摄像头定标
由于每个摄像头生产时，都不能保证感光元件（CCD板）水平、竖直地对准摄像头的透镜，并且，还有CCD板的正中心也不一定与透镜正中心对准。因此，摄像头的定标显得尤为重要，并且能很大一步减少误差。如图是定标后的结果
定标后的摄像头，能尽最大可能保持接收时，摄像头时水平、竖直接收画面。通过查阅资料，得到的单个像素点的尺寸为6um。
3.3激光出射角
本实验，需要激光出射是保证出射角为90°，所以也要对出射角进行调试，当激光出射角也定好后，整个作品基本完成，剩下的是对程序进行调试。
调试过程如下：
PC程序设计
4.1摄像头调用
在主程序开始时，利用OpenCV调用摄像头出来。模块代码如下：
HWND MyWin;
// 设置系统属性
cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_ENABLE, CVCAMTRUE);//Enable视讯
//0:欲设置属性的摄像头序号；第二个参数是属性名字；
//第三个参数是指向设置值的指针
cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_RENDER, CVCAMTRUE); //启用视讯
// MyWin 是窗口 HWND 的类型
MyWin = (HWND) cvGetWindowHandle("cvcam window");
cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_WINDOW, &MyWin); // Selects a window
cvcamSetProperty(0,CVCAM_RNDWIDTH,&width);
cvcamSetProperty(0,CVCAM_RNDHEIGHT,&height);
//video rendering
//回调函数将处理每一帧
cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_CALLBACK, callback);
4.2光点定位
光点定位是整个模块的核心，光点定位的准直会直接影响测量的准确性。设计程序如下：
cvcamGetProperty(1,"raw_image",&img);
int height = img->height;
int width = img->width;
int step = img->widthStep;
int channels = img->nChannels;
uchar* data = (uchar *)img->imageData;
int x,y;
int Real_x=0,Real_y=0;
int i=0,j=280;
int sum_x=0;
int max_light_intensity=250;//人为设定的感光强度
for( x=0;x
{
for(y=1;y
{
if(data[y*step+x*channels+2]>max_light_intensity)
{
sum_x=sum_x+x;
i++;
}
}
}
if(i>0)
{
Real_x=sum_x/i;//实际像素点在X轴上的位置
Real_x=Real_x-j;
printf("符合光强的像素点有%d个\n",i);//像素点多少，越多证明像素点越大，精确度越差
double L=100*3.85/(Real_x*6);
printf("测得距离为:");
printf("L=%2.8f米",L);
结论：
本次实验，主要是解决摄像头与激光出射角的定标。但由于是人为确定，并且激光器功率不算太大，只能在较短距离的空间范围内进行定标。其次，程序方面相对容易解决，并且通过程序的优化，确确实实地达到测量精度更加准确。
在这几天的研究制作当中，对摄像头成像的原理有了更深入的了解。同时，意识到在程序更进一步的优化还是有不懂的地方，这需要我们在后续的工作更着重分析、研究。通过这次的研究实验，在团队的合力之下。解决了遇到的绝大部分问题，虽然不足之处还是存在，例如不能测5m之外的距离。但在短距离20cm到150cm之内还是能较准确地得到测量距离，总体上实现了计划之初的目标。
单片机课程设计 一、需求分析： 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量围在１m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置，它能对障碍物进行适时、适量的测量，起到智能操作，实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示： 超声波测距器系统设计框图 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制
目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18)
一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。
摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距
激光测距的方法及原理 激光测距技术与一般光学测距技术相比具有操作方便、系统简单及白天和夜晚都可以工作的优点。与雷达测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和很高的精度，而且激光具有良好的抵抗电磁波干扰的能力。其在探测距离较长时，激光测距的优越性更为明显。光测距技术是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量目标距离的距离测量技术。较常用的激光测距方法有三角法、脉冲法和相位法激光测距。 1．三角法激光测距 激光位移传感器的测量方法称为激光三角反射法，激光测距仪的精度是一定的，同样的测距仪测10米与100米的精度是一样的。而激光三角反射法测量精度是跟量程相关的，量程越大，精度越低。 采用激光三角原理和回波分析原理进行非接触位置、位移测量的精密传感器。广泛应用于位置、位移、厚度、半径、形状、振动、距离等几何量的工业测量。半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集，投射到CCD阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。 图1. 激光三角测量原理图 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。 同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可设置独立检测窗口。常用在铁轨、产品厚度、平整度、尺寸等方面。
题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，
导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中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中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V
微机原理与单片机系统课程设计 业：专轨道交通信号与控制 级：班1305 交控
姓名：贺云鹏 学号： 201310104 指导教师：建国 交通大学自动化与电气工程学院 30 日 12 2015 年月 超声波测距仪设计设计说明1 设计目的1.1 测量声波在发超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍射后遇到障碍物反射回来的时间，物的实际距离。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。 超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响，广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。 1.2 设计方法 本课题包括数据测距模块、显示模块。测距模块包括一个HC-SR04超声波测距模块和一片AT89C51单片机，该设计选用HC-SR04超声波测距模块，通过单片机对超声波进行计时并根据超AT89C51发射和接受超声波，使用HC-SR04．声波在空气中速度为340米每秒的特性计算出距离。显示模块包括一个4位共阳极LED数码管和AT89C51单片机，由AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。 1.3 设计要求 采用单片机为核心部件，选用超声波模组，实现对距离的测量，测量距离能够通过显示输出(LED，LCD)。 2 设计方案及原理 2.1超声波测距模块设计
光电子课程设计： 基于三角测量法的激光测距 摘要：本文先对激光测距的种类及原理进行介绍，其次分析不同种类的优缺点。确定制作测距仪器的制作方向。分析测量当中不同元器件存在的问题，寻找有效的解决方案，重点研究摄像头成像时存在误差的形成原因。根据研究得到的数据，对PC客户端的程序设计进行调整。利用程序尽可能减少由于硬件产生的误差。重点是设计出能确定光点的定位算法，通过对摄像头的定标、激光定位，达到实验数据与实际测量误差在10%以内。最后，提出对作品进行优化和系统功能提升计划 关键词：短距离、低成本、三角测量法 ABSTRACT: In this paper, the principle of laser ranging species and introduced first, followed by analysis of the advantages and disadvantages of different types. Production rangefinder to determine the direction of the production. Analytical measurements among different components of the problems, to find effective solutions to the causes errors in the presence of the camera focused on imaging. According to data obtained from studies on the client PC programming adjustments. The use of procedures to minimize errors due to hardware-generated. Focuses the light spot can be determined to design the location algorithm, through the camera calibration, laser positioning, to the experimental data and the actual measurement error is within 10%. Finally, the work in optimizing system functionality and Enhancement Programme KEY WORDS: Short distance、Low cost 、Triangle measurement
激光三角测距实验 ——第八组 一、实验目的 学习激光三角测距基本原理；了解激光三角测距的应用；搭建激光三角测距系统，实现测量距离的显示，掌握激光三角测距技术。 二、实验原理 三角位移测量系统是从光源发射一束光到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，从而计算出物点的位移。由于入射光和反射光构成一个三角形，所以这种方法被称为三角测量法，又可按入射光线与被测工件表面法线的关系分为直射式和斜射式。 三、摆放方式 直射式直射式三角法测量等效光路如图 1 所示。激光器发出的光线,经会聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上,物体移动或表面变化导致入射光点沿入射光轴移动。接收透镜接收来自入射光点处的散射光，并将其成像在光点位置探测器(如PSD、CCD)敏感面上。 若光点在成像面上的位移为x′,利用相似三角形各边之间的比例关系，有 化简后可求出被测面的位移
式中，a 为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b 为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；α 为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；β 为探测器与接收透镜光轴之间的夹角。 斜射式 图3.2 为斜射式三角测量原理图，激光器发出的光与被测面的法线方向成一定角度入射到被测面上，同样用接收透镜接收光点在被测面的散射光或反射光。 若光点的像在探测器敏感面上移动x′，则物体表面沿法线方向的移动距离为x，利用相似三角形的比例关系，参照前一个公式，用x/cosγ 替换x，α+γ 替换α，有 式中，α 为激光束光轴与被测面法线之间的夹角；γ 为成像透镜光轴与被测面法线之间的夹角；β 为探测器光轴与成像透镜光轴之间的夹角。当γ 为零时，属于斜入射直接收式。 直射式和斜射式特点比较 斜射式可接收来自被测物体的正反射光，比较适合测量表面接近镜面的物体。λ直射式接收散射光，适合于测量散射性能好的表面，如果表面较为平滑，则可能由于耦λ合到光电探测器的散射光强过弱，使测量无法进行，也就是说可能存在测量盲区。斜射式入射光光点照射在物体不同的点上，因此无法直接知道被测物体某点的位移情况,λ而直射式可以。当然，斜射式也可以通过标定的方法得出位移。直射式光斑较小，光强集中，不会因被测面不垂直而扩大光斑，而且一般体积较小。斜λ射式传感器分辨率高于直射式，但它的测量范围较小，体积较大。斜入射直接收式传感器的体积和直入射式相当，并且分辨率高于直射式，因此较为常用。
目录 前言 1课题设计目及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计目----------------------------------------------------- 1 1.2设计意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计任务和规定------------------------------------------- 1 正文 1 课程方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案论证-------------------------------------------- 2 2系统硬件构造设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路构造------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机某些C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距某些C语言程序-------------------------------------- 11
《微机原理及应用》课程设计 超声波测距器的设计 学生姓名郝强 学号20110611113 学院名称机电工程学院 专业名称机械电子工程 指导教师王前 2013年12月27日
摘要 随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。 关键词：超声波；传感器；测量距离；控制
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.设计目的 (4) 2.总体方案 (4) 3.硬件设计 (5) 3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5) 3.2.1单片机芯片的选择 (6) 3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6) 3.3超声波发射电路设计 (6) 3.3.1选择超声波发生器类型 (6) 3.3.2 超声波发射电路设计 (7) 3.4超声波接收电路设计 (8) 3.5超声波显示电路设计 (9) 4.软件设计 (9) 4.1波测距器的算法设计 (10) 4.2系统的主控制程序设计 (11) 4.3发生子程序设计 (12) 4.4接收中断程序设计 (13) 4.5显示程序设计 (14) 4.6距离计算程序 (15) 5.结论 (17) 参考文献 (18)
综合性课程设计报告基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计 院系：计算机与通信工程学院 专业：电子信息工程 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间：2012/6/27 综合课程设计任务书
专业：电子信息工程班级：4091603： 设计题目：基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计 一、设计实验条件 keil C和proteus仿真软件 二、设计任务 1)总体功能设计 2)硬件电路设计 3)软件设计 4)工作总结 三、设计说明书的容 1．设计题目与设计任务（设计任务书） 2．前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3．主体设计部分（各部分设计容、总结分析、结论等） 4．结束语 5．参考文献 （答辩时间18周星期日晚7：30，地点：综合楼1313室） 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、实验、收集资料：2 天 设计计算、绘制技术图纸：5 天 编写课程设计说明书：2 天 答辩：1 天 目录
一、设计题目 (2) 二、设计任务及要求 (3) 三、设计容 (3) 1.绪论 (3) 2.总体方案 (4) 2.1 总体设计方案 (4) 2.2超声波测距框图 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1 硬件设计方案 (5) 3.2 各主要模块的硬件设计 (6) 4.系统软件设计 (10) 4.1 程序设计 (10) 4.2 程序流程图 (10) 四、结束语 (13) 五、参考文献 (13) 附录A 系统仿真图 (14) 附录B程序代码 (15) 一、设计题目 基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4117984371.html, 基于激光三角测距法的激光雷达原理综述 作者：周俞辰 来源：《电子技术与软件工程》2016年第19期 摘要 本文主要介绍了激光雷达系统的特点和基本结构，着重讨论了基于激光三角测距法的激光雷达的工作原理，详细论述了二维激光扫描的测量方法，并延伸讨论了三维激光扫描的测量方法及光路结构。 【关键词】激光雷达激光三角测距法 2D/3D激光扫描 1 引言 激光雷达LiDAR（Light Detection and Ranging），是激光探测及测距系统的统称，是一种通过位置、距离、角度等测量数据直接获取对象表面点三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。激光雷达最基本的工作原理与普通雷达相似，均是通过发射系统发送一个信号，由接收系统收集并处理与目标作用产生的返回信号，来获得对象表面的三维信息。目前激光雷达的测量原理主要分为脉冲法，相干光法和三角法三种，本文主要讨论基于激光三角测距法的激光雷达系统的工作原理。 2 激光雷达基本理论 2.1 激光雷达系统的特点及应用前景 激光雷达相比于传统接触式测量具有快速、不接触、精度高等优点，同时该技术受成像条件影响小，反应时间短，自动化程度高，对测量对象表面的纹理信息要求低。 在激光雷达应用的主要测量原理中，脉冲法和相干光法对激光雷达的硬件要求高，但测量精度比激光三角法要高得多，故多用于军事领域。相比于此，激光三角测距法因其成本低，精度满足大部分工业及民用要求，得以受到关注。 目前移动机器人的导航方式主要包括：磁导航、惯性导航和视觉导航，其中视觉导航由于具有信号探测范围广，获取信息完整等优点，是移动机器人导航的一个主要发展方向。目前机器人的SLAM（Simultaneous localization and mapping，同步定位与地图构建）算法中最理想的设备仍旧是激光雷达，机器人通过激光扫描得到所处环境的2D或3D点云，从而可以进行诸如SLAM等定位算法，确定自身在环境当中的位置并创建出所处环境的地图。激光雷达的非 接触式测量特点，具有快速、精度高、识别准确等优点，广泛应用于移动机器人视觉系统的距离、角度、位置的测量方面，成为测量研究领域的热点。
利用光电池进行激光三角法测距 张琬祺（20142301038），苏秀崖，王美凤 （华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006） 摘要：利用光电池对于不同强度的光转换成不同的电信号的特性以及光反射的原理，进行近距离精密测距实验。物体的移动导致光反射点的位置的改变，通过光电池接收光的强度确定光反射点的改变位置。当入射角确定时，光电池的移动距离和物体移动的距离存在一定关系。 关键词：光电池，三角法，近距离精密测距 Using photovoltsic cell laser triangulation ranging （Zhang wan-qi Su xiu-ya Wang mei-feng） (1.School of physics and communication engineering , South China Normal University, Guangzhou 510006, China) Abstract: Using photovoltsic cell for different intensity of light into different characteristics of the electrical signals and the principle of light reflection, precision ranging from close range to experiment on.Moving the position of the light reflection point of the object changes, through cell receives light intensity determine the change of light reflection point position.When the incident Angle to determine cell moving distance and moving object distance there is a certain relationship. Key words：photovoltaic cell,trigonometry,precision ranging from close range
单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点： 设计时间：
单片机系统 课程设计 设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点： 课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录 1 概述 (4) 1.1 应用情况及主要功能 (4) 1.2 技术指标 (5) 2总体方案设计及分析 (6) 2.1总体方案设计 (6) 2.2 系统方案 (7) 3 硬件电路设计 (7) 3.1 51单片机系统 (10) 3.2超声波发射和接收模块 (11) 3.3 1602液晶显示屏 (13) 3.4电源电路 (14) 3.5电机驱动模块 (14) 3.6小车骨架 (15) 4 系统软件设计 (15) 4.1 主程序设计 (15) 4.2 定义延时程序头文件 (16) 4.3电机运动控制模块 (17) 4.4液晶屏显示模块 (18) 4.5测距模块 (18) 5总结 (19) 参考文献 (20) 附录A 系统原理图 (21) 附录B 源程序 (21)
1.概述 本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的测量的。本设计的汽车防撞系统能测量出倒车方向的障碍物与汽车之间的距离, 并通过液晶屏显示单元模块显示两者之间的距离。本系统利用一片89C51单片机对超声波信号循环不断地进行采集。系统包括超声波测距单元（超声波集成模块）、89C51单片机控制、电机控制模块和液晶屏显示模块。这个设计的汽车倒车雷达要能够连续测距，数据经过单片机的处理后，用液晶屏显示所测量得到的距离。 1．1 应用情况及主要功能 当前社会经济的不断发展和工业科学技术的不断提高，汽车已逐渐进入不少百姓家。汽车使用数量的不断增加，从而由此导致的倒车交通安全问题也非常严重，道路交通压力增加，交通安全问题也是面临严峻挑战。在面临如此严峻的交通安全问题，许多涉及安全问题的汽车辅助系统也纷纷现世。而本设计就是利用单片机知识、传感器知识等，进行的汽车防撞装置的设计，在汽车倒车时，这种装置可以在驾驶员对车尾与障碍物体的距离远近无法目测和判断时进行报警。 倒车雷达系统的开始是以蜂鸣器报警为标志的。汽车离障碍物距离越近，蜂鸣器报警声越急，蜂鸣器报警虽然使驾驶员知道有障碍物的存在，但却不能确定汽车车尾离障碍物有多远，所以，蜂鸣器报警对驾驶员帮助不是很大；之后一个质的飞跃就是液晶屏显示的出现，特别是液晶显示开始出现动态显示系统，驾驶员就是只要发动车辆，而且不用挂倒挡，液晶显示器上就会出现汽车图案以及汽车与周围的障碍物的距离，液晶显示是动态显示，液晶显示器的外表美观，显示的色彩也很清晰，而且可以直接粘贴在仪表盘上，安装也很方便。不过由于液晶显示的灵敏度比较高，而且它的抗干扰能力也不是很强，所以误报的情况也较多。现在市面上的魔幻镜倒车雷达应该算是比较先进的倒车雷达了，它结合了前几代产品的优点，并采用了最新仿生超声雷达技术，并用高速电脑控制，可全天准确地进行探测2 m以内的障碍物，并以不同的声音提示和直观的距离显示来提醒驾驶员；魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气温度显示等多项功能整合在一起[1]，并设计了语音功能，因为其外形就是一块倒
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称单片机原理与应用 课题超声波测距系统设计 专业班级自动化0901班 学生姓名段志勤 学号 200901020130 指导老师李晓秀 审批 任务书下达日期 2012 年 5 月 30 日任务完成日期2012 年 6 月 13 日
目录 序言 (6) 第一章、总体设计原理 (6) 1.1、超声波测距原理 (6) 1.2、超声波测距系统框图 (8) 1.3、程序流程图 (10) 第二章、系统硬件设计 (11) 2.1、超声波模块电路 (11) 2.2、数码管显示电路 (12) 2.3、单片机最小电路 (12) 2.4、键盘连接 (13) 第三章、系统软件设计 (14) 3.1、主程序流程图 (14) 3.2、子程序设计 (15) 第4章、调试结果 (21) 实验总结 (23) 参考文献 (24) 附录 A、整体电路图 (25) 附录B、程序清单 (26)
序言 由于超生波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色限制，较其他仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀等恶劣环境，具有少维护，不污染，高可靠，长寿命等特点。因此，超声波测距有着广泛的应用领域。利用超声波检测往往比较迅速，简单，计算方便，易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业使用要求。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。 第一章、总体设计原理 本章主要介绍单片机超声波测距的主要原理，包括超声波测距的原理和STC89C52单片机的原理 1.1、超声波测距原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播频率越高、绕射能力越弱、但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器、或称为超声换能器、它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能、向外发送超声波、反之，当换能器处在接收状态时它可将声能(机械能)转换为电能。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超 声波发生器内部结构如图1-1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。
课程设计 课程：xxxx课程设计 题目：超声波测距仪 所属院(系) 电气工程学院专业班级自控1201 姓名袁玉坤学号：1217014031 指导老师王春侠 完成地点电气学院实验室 2015年 12 月 08日
目录 摘要 (1) 一课题的方案设计与论证 (2) 1.1超声波测距系统设计的目的和要求 (2) 1.2 超声波测距系统的工作原理 (2) 1.3 方案论证 (4) 1.3.1结构图 (4) 1.3.2 系统整体方案的论证 (5) 二硬件设计 (6) 2.1单片机电路 (6) 2.2超声波集成模块 (6) 2.2.1超声波集成模块实物图 (6) 2.2.2超声波集成模块参数 (7) 2.2.3接口定义 (7) 2.2.4超声波集成模块时序图 (7) 2.2.5注意事项 (8) 2.3 显示模块（四位共阳极数码管） (8) 2.4电源模块 (9) 三软件设计 (10) 3.1 超声波模块 (10) 3.2 显示模块 (10) 3.3 主程序流程图 (10) 四系统调试 (13) 4.1硬件调试 (13) 4.1.1 LED灯不亮的原因 (13) 4.1.2 LED显示 (13) 4.1.3软件调试 (13) 五结论 (14) 六参考文献 (15) 七附录 (16) 附录A:仿真图 (16) 附录B:元器件清单 (17) 附录C：源程序 (18)
摘要 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。 本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。 关键词：AT89c51;超声波；测距
超声波测距电路课程设计 报告 设计者：汤政、陈鑫 学号: 0919013540、0919013541 班级：电子0935班 指导教师：苏宏艮、马勇赞、张艳阳 日期：2010年1月10日 目录 一、设计课题目的和要求 (3) 二、计划与安排 (3) 三、课程设计原理与思路 (3)
四、PCB制版设计 (4) 五、组装与调试 (4) 六、单片机C51程序设计 (5) 七、心得体会 (9) 八、附录 (10) 一、设计课题目的与要求 目的：通过本设计了解和掌握超声波传感器测距的原理和方法，加深理解超声波传感器的处理电路设计，同时，掌握温度补偿的办法及提高测量精度的方法以及熟练使用DXP2004软件，了解PCB制板流程，并通过调试器件，烧写单片机C语言程序，能够独立且完整地完成超声波传感器测距实验。
要求：根据给出的方案设计电路图，独立完成绘图、PCB制版、器件装配及调试工作，以及采用单片机实现超声波测距的原理、方法及接口电路的设计。 二、计划与安排 17周（周日之前）：DXP2004绘制PCB图（方案三），依此制作PCB 板 18周（周一之前）：购置所需元器件并自行装配 18周（周三、周四）：参考指导老师意见，完成单片机汇编语言程序设计并调试好设计产品 19周（周三之前）：完成课程设计报告和设计产品的验收 具体流程如下： PCB制版---元器件采购---装配与调试---单片机程序设计---烧写程序---完成设计报告---产品验收 三、课程设计原理与思路 超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。当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，途中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。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为v，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出： D = v t /2 四、PCB制版设计 实训内容及具体步骤
文章编号:100525630(2006)022******* 基于CM O S 单点激光三角法测距系统设计 Ξ 林小倩,林 斌,潘泰才 (浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心,浙江杭州310027) 摘要:根据三角法测距原理,运用单片机技术对距离进行测量,设计了一套基于C M O S 的单点激光三角法测距系统。详细地介绍了系统的硬件组成和软件结构,针对测量用的光 敏传感器之标定曲线的非线性特征,提出了用逐段折线逼近该标定曲线的方法,最后给出 实验结果,并分析了各个参数对实验精度的影响。实验结果表明方案切实可行,该方法的测 量误差小于3%。 关键词:单点激光三角法;单片机;C M O S ;逐段折线逼近 中图分类号:TH 76112 文献标识码:A D istance m ea sur i ng usi ng si ngle -po i n t la ser tr i angula tion syste m design ba sed on C MOS L IN X iao 2qian ,L IN B in ,PA N T a i 2ca i (CN ERC fo r Op tical Instrum ent ,Zhejiang U niversity ,H angzhou 310027,Ch ina ) Abstract :In th is paper ,acco rding to the p rinci p le of distance m easu ring u sing triangu lati on ,a su it of distance m easu ring u sing single 2po in t laser triangu lati on system based on C M O S is designed th rough the techn ique of M CU .T he hardw are of the system and the structu re of the softw are are described in detail ,due to the non 2linear characteristic of the u sed ligh t 2sen sitive tran sducer ′s calib rati on cu rve ,the m ethod of u sing p iecew ise linear line to app rox i m ate calib rati on cu rve is given ,at last ,the resu lts of the exp eri m en t are in troduced and it is analyzed the relati on betw een every param eter and experi m en tal p recisi on .T he resu lts of the exp eri m en t p rove the feasib ility of the idea ,the m easu rem en t erro r of th is m ethod is less than 3%. Key words :single 2po in t laser triangu lati on ;M CU ;C M O S ;p iecew ise linear A pp rox i m ati on 1 引 言 激光测距技术是集光、机、电一体化的高精度测距技术,在军事、测距、测绘等领域得到广泛的应用。常用的几种测距方法中,脉冲测距方式比较适合远距离的测量,特别是在天体测量方面,虽然在目前加以改进后,可测量几米的距离,但是对激光器要求更高,造价也更高;相位测距方式也比较适合于较大距离的测量;激光干涉测距法主要是用来测量微小距离或形状变化的。现设计了一种以单片机技术为核心的低成本数字显示C M O S 单点激光三角法测距仪,利用三角法测距原理、采用激光遥感方式实现距离的非接触测量。对系统的基本原理、硬件电路、软件设计等进行了介绍,最后给出了实验结果。该系统结构简单、成本 第28卷 第2期 2006年4月 光 学 仪 器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .28,N o.2 A p ril,2006 Ξ收稿日期:2005206214 作者简介:林小倩(19802),女,湖北锦门人,硕士生,主要从事光、机、电一体化技术方面的研究。
目录 前言 1课题设计目的及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计的目的----------------------------------------------------- 1 1.2设计的意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求------------------------------------------- 1 正文 1 课程的方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证-------------------------------------------- 2 2系统的硬件结构设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机的功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路结构------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统的硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件的设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪的算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机部分C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距部分C语言程序-------------------------------------- 11 4 实物制作------------------------------------------------ 17 4.1电路板焊接及连线图--------------------------------------------- 17 4.2实物调试效果图------------------------------------------------ 18 4.3焊接电路板时所遇问题------------------------------------------- 19 5总结------------------------------------------------- 20 6 致-------------------------------------------------- 20 附录-------------------------------------------------------------20