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1、摘 要在空气介质中，超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，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。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89C51控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得
2、到实测距离。并且在数据处理中采用了温度补偿的调整，用四位LED数码管切换显示距离和温度。整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。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，给出了系统构成、电路原理及程序设计。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。关键词：AT89C51；超声波；测距；电路AbstractThe features of the good per
3、formance,low cost，easy use are inearnated in the ultrasonic distance measurement sensor.The ultrasonic distance measurement sensor is usually used at thescene robot positioning system，automatic vehicle navigation，the safety of vehicles traveling support system，the uran traffic management and the hig
4、hway management monitoring system，as well as the detect in rivers，oil wells，storages and materials.The ultrasonic wave transmssion is not easy todisturb，its energy consumption is slowly and it can be transmitted distantly in the medium，so it isfrequently used in ultrasonic distance measurement.For e
5、xample，the range finder and the materiallevel finder can be aehieved by ultrasonic wave.Therefore，the in-depth study of the generationand transmission law of ultrasonic and the development of high-performance ultrasonic sensor andtransmit and receive circuits is of great practical significance in th
6、e development of ultrasonicdetection technology.The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C51 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time,count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive roun
7、d-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature compensation adjustment is used in the data processing, with four LED nixie tubes display distance or temperature by switching.The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the pow
8、er circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument. Based on this has designed systems overall concept, final adoption of hardware and software to achieve the various funct
9、ional modules. The relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It has given the system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system has features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of programme process ,etc
10、. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications.Keywords:AT89C51; Ultrasonic wave; Measure distance; circuit目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题的提出及研究意义21.2.1 课题的提出21.2.2 课题的研究意义22 超声波的介绍及超声波测距的原理32.1 超声波的介绍32.1.1 什么是超声波32.1.2超声
11、波的特性及特点32.1.3超声波的应用42.2 超声波测距的原理及误差分析52.2.1 超声波测距的原理52.2.2 超声波测距误差分析52.3 单片机实现测距的原理63 系统硬件设计73.1 系统结构设计73.2 AT89C51单片机简介83.2.1 AT89C51单片机的功能83.2.2 AT89C51单片机主要特性93.2.3 AT89C51管脚说明93.3 DS18B20温度传感器简介113.4 T40、R40超声波传感器简介123.4.1 超声波传感器的基本介绍123.4.2 超声波传感器的主要应用123.4.3 超声波传感器的工作原理133.5 LM7805端稳压集成电路143.5
12、.1 LM7805介绍143.5.2 LM7805的特点143.5.3 LM7805的实际应用143.6 LM567锁相环153.6.1 LM567的概述153.6.2 LM567的功能叙述153.6.3 LM567主要参数153.7 超声波发射器电路163.8 超声波检测接受电路173.9 显示电路183.10 LM7805电平转换电路193.11 AT89C51复位电路204 系统软件设计214.1 主程序流程214.2 子程序设计234.2.1超声波发送子程序及超声波接收中断子程序234.2.2测温子程序254.2.3距离计算子程序265 总结27致 谢28参考文献29附录A 国外相关文
13、章30附录B中文翻译33附录C超声波测距电路原理图35附录D程序清单361 绪论1.1 课题研究的背景利用超声波测量已知标准位置与目标物体表面之间距离的方法叫做超声波测距法。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。从技术上看，超声波测距系统在上个世纪70年代已经实用化，从70年代末期开始广泛应用于生产领域。近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展,它的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。如此广泛的应用使得提高人们对机器
14、人的了解显得尤为重要。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉,测量精度较高,不受环境的限制,应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本课题的研究是
15、非常有实用和有商业价值的。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，如超声波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。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。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、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。1.2 课题的提出及研究意义1.2.1 课题的提出测距的原理和方法有很多，根据其信息
