超声波测距课程设计.doc

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1、目录课程设计名称；超声波测距1课程设计题组：超声波测距方案三1系统程序设计思路：2方案选择和计划安排及分工：3执行步骤：4一：PCB文件设计4二、制板工艺流程4一. 通电（+5V,单电源通电）调40KHZ震荡波形（）8二. 观察超声波接收波形8三. 测量RX_OUT引脚低电平8课程设计名称；超声波测距课程设计题组：超声波测距方案三设计原理：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。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s

2、=340t/2功能：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，若对测量精度要求高的，可使用温度补偿方法来精确超声波在空气中的传播速度。因此，超声波测距能达到工业实用的要求，在倒车防撞雷达、机器人移位，物体识别上也得到了广泛的应用，也可以用于液位、井深、管道长度等的测量场合。电路图如下:电路图的超声波接收模块：采用集成电路CX20106A，这是一款红外检波接受的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率

3、40MHZ较为接近，可以利用其作为超声波检测电路。电路图的超声波发射模块：系统程序设计思路：由单片机发生一个40MHZ的方波，并把这个方波经过单片机I/O给输送到连接插座里的TX_CONTROL口后，转给集成芯片74SL00逻辑或门经CD4069UBCN 反向 传给发射头发射。等接受头接受到了信号，经CX20106A检波，从连接插头RX-OUT传输给单片机，而使单片机发生中断，此时关闭定时器得到超声波发射与接受的时间差，从而通过调用超声波距离测量函数得到要测的数据，并通过另一个I/O口输送给数码管显示。其中，超声波距离测量函数中超声波在空气中的传播速度受温度的影响，所以超声波在空气中的速度需要

4、测出周围环境的温度，由温度来决定传播速度。故要把温度传感器DS18B20检测来的温度数据与超声波在空气中温度速度表进行对比识别出该温度下的真实速度。我们决定用动态扫描实现LED数字显示，超声波的40MHZ方波由单片机的定时器完成，超声波在空气中传播速度由循环的数组比较来确定，超声波测距的系统框图为下图为不同温度下的超声波声速：方案选择和计划安排及分工：为了购买元件方便，班里决定安组分配方案。于是我和刘胜课题组成员，最终选择方案三。整个课题的计划安排如下：我主要负责；PCB板制作的前期准备。包括，画原理图、画PCB板图、生成GERBER文件和钻孔文件、以及主要负责在S-2栋的制板。准备在十六周星

5、期日之前完成。因为星期日我们就开始制板。软件的设计，争取在调试前搞定刘胜负责：元器件的焊接和调试并把他负责的部分写成总结。焊接要在十八周之前完成。十九周调试。执行步骤：PCB板的制作:一：PCB文件设计1. 了解原理图，明白电路工作机理，统计同类型元器件2. 创建PCB项目，新建原理图，放置各同类元件3. 创建集成库项目，新建原理图元件库、封装元件库4. 绘制需要的元件和封装，在原理图元件库里追加好对应需求的封装5放置自建的集成库里的元件。对原理图进行电气规则检查6创建PCB文件，导入原理图封装，然后进行手工预布局，自动布局，手工调整：7.布线后的后期处理8生成GERBER文件和钻孔文件。如下

6、图二、制板工艺流程（1）、线路层制作1把钻孔文件导入 雕刻机里，对PCB板钻孔。对雕刻机的操作及注意事项钻头的移动:X键为水平移动，Y 键为水平上下移动，Z 键为垂直上下移动 移动分为连续移动和渐进移动。距离远时就选择连续移动 , 当挨近目标时就采用渐进移动开始钻孔前要进行参考位置选定、移动清零。钻头的大小选择与钻孔文件里孔径的选择要相一致。2、钻孔完后抛光，再烘干。3、烘干后再刷线路油墨，再放到烘烤箱里烘干。刷油墨时，气味很难闻，闻久了有点头晕。油墨量不要太多且一次刷到位。刷油墨的作用是为了保护线路层不被腐蚀4打印底层线路层、底层阻焊层、顶层字符层底片。以便后来的曝光用。5把打印好的线路层对

7、齐孔径固定在板子上。（一般是采用透明胶固定，透明胶不能出现在线路层内，以防部分线路不能曝光，出现掉线路的情况）6曝光（1020s）后，弄下线路层底片放到显影机里显影出线路(20s)。水洗后，观察板子上有没有掉线。掉线不多的可以用画笔补线。掉线多的，可能要重新刷油墨、显影。7戴上手套把电路板放到腐蚀机里腐蚀。这一步要千万小心，不止是液体有腐蚀性，气体也有毒性。腐蚀的时间虽然已设好，但是也有可能没腐蚀完。所以到了已设时间就要看看电路板是否腐蚀完。补画线路的板子很可能在这步出现腐蚀线路的情况，如果不严重的，可以在断线出打两个孔用导线连接起来或者直接用焊锡丝连接，实在不行就得重做。腐蚀的作用是为去除多

8、余的铜，显现线路。8清洗烘干后，放到脱膜机里脱膜，然后水洗、烘干、抛光。（2）、.阻焊层制作1刷阻焊油墨后，放到暗箱静置十分钟，再烘干。这里放到暗箱静置的作用是使阻焊油墨均匀分布，2把阻焊层底片对齐孔径贴在板子上，然后放到曝光机里进行第二次曝光90s3进行第二次显影后，水洗，再烘干(3)、符号层制作1刷字符油墨、烘干2对齐孔径贴好字符层底片，再进行第三次曝光（注意事项同第一次）3弄下底片，放到显影机里进行第三次显影后，水洗4放到烤箱里热固化十分钟，温度为150摄氏度实训心得及体会：最初是PCB板图的绘制工作比较繁琐。尽管实验室里是采用统一的图纸。但是，我们还是提前准备了GERBER文档。绘制原

9、理图的心得：原理图里的元件在本地库里有的可以直接用，没有的就要自己按要求画。比如：芯片74LS00、接收器T40-16、发射器R40-16。画了元件就必须要追加元件封装，我就发现，不能直接在画的元件库里追加本地自带封装库的封装，只能在我自己画的封装库里追加元件封装。原理图中的元件的封装有时候与要求不符合。这个时候就必须自己去改。比如、电阻的封装全为AXIAL0.4,大于10UF的电解电容封装为RB.3/.6、小于等于10uF的电解电容为RB.2/.4.有些不同元器件的封装是相同的如Cx20106a和con1的封装与hdr系列的连接器一样。这个时候，只要画个元件，在本地库里追加所需的封装就可以了

10、。在绘制封装时，有三个引脚的元件，焊盘的序号要和元件图元件的引脚的序号一致。在PCB板布局时，要把与外界有连接的元器件要放在板子边缘，电阻电容尽量放在一块。布线前先按要求设计规则。包括线路安全设置，信号线宽设置电源、接地为50mil，其它为20mil。采用单面布线。在制板流程中，钻孔和第一次曝光显影非常重要。这三步的好坏直接影响了后面的制板。搞不好还得重做。我就在第一步钻孔的时候出了问题。在钻四个大孔时，板子忽然随着钻头动起来了，我立马就按下紧急开关才没能造成大的破坏。幸好我当时是先钻四个大孔，虽然对美观有点影响，但还是不影响效果。谢老师帮我重新调试起点位置，调了好久，硬是与原来的位置相差无几

11、时才换别的钻头钻孔。当时，在调3.2的孔径时，要在钻头将要向下钻孔时，按下取消钻孔键。其实，这里的调试就是重新来打孔，只不过在将要打时按下取消键。造成这种问题的原因是板子没固定好又加上打大孔力道大易翘起板子，在我后面的板子就有一个差一点出问题了，幸好他及时按住板子才避免了。平台上的灰可能是造成胶布没固牢的因素。第一次曝光显影非常重要。我就发现我们的那一批有很都板子就掉线或者偏线了。造成这种问题的原因是他们没固定好线路层底片或者透明胶遮住了线路层。但也有的是在显影过程出错了。有些板子在腐蚀后出了问题，但大部分的是那些补画线的。可能原因是补画没效果，或是没烘干补画的线。这一步出错的人也比较多。其余

12、的阻焊层和字符层出错影响不大。总之，整个流程中任何一步都有可能出错。但是，第一次的曝光和显影格外重要。硬件的焊接:按要求装好实验所需元件（焊接过程中应注意电路板的美观，操作要规范，防止出现虚焊和脱焊，应注意元件的焊接顺序，尽量做到由小到大，由低到高的顺序以方便焊接）装配的过程中也出现了一些问题，有些元件需要短接，很多同学都忽略了这个问题，导致重新焊接。调试知识及步骤：一. 通电（+5V,单电源通电）调40KHZ震荡波形（）1. 震荡控制引脚接5V悬空，用示波器观察振荡器的输出波形2. 调节电位器或RC元件参数，使震荡频率为3940KHZ3. 观察发射结头引脚间40KHZ示波是否正常二. 观察超

13、声波接收波形示波器置50mv/uiv档，观察接收引脚间是否有接收到40KHZ波形三. 测量RX_OUT引脚低电平1. 当没有接收到超声波时，RX_OUT引脚应为高电平2. 当接收到超声波时，RX_OUT引脚为低电平当时进行的调试：用万用表能测得5V左右的电压，用示波器测得类似于正弦波的波形。总结心得：软件的设置，首先得弄明白电路图的原理。为了实现这个超声波测量的目标，我查阅了好多的资料，当然在网上是找不到和我一样的方案。但是，原理大体上是相通的。针对每个模块，对于不懂或陌生的芯片，我就查这个芯片的资料，结合这个芯片的功能，我们一来可以通过对这些功能的了解来摸索设计原理；二来通过对这些功能的了解达到对这个芯片的实质操作。比如，CX20106内部设置的滤波器中心频率可由其5脚外接的电阻R3来调节，所以对R3阻值的选择就决定了CX20106内部设置的滤波器中心频率。做完后有些感触：有很多地方还没考虑到，有些东西还没彻底了解透。譬如，电路元器件的选择为何一定要是这样匹配？有没有替代品？换个相近的器件可不可以用？比如电阻阻值改变，换成具有相同功能的其它芯片?可以时，又会造成什么样的影响？还有一些芯片如果让自己来使用，又会不会用呢？由于时间的仓促，还来不及查更多的资料去思考这些问题！附上六图一表：PCB板图：钻孔图：线路层：字符层：文件清单表：