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1、本科生毕业论文(设计)题目：便携式超声波测距系统的 研究与设计 学生姓名：石 某 学号： 专业班级：自动化12102班 指导教师： 完成时间： 2016年5月10日 1摘 要超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路，另外
2、还有复位电路和LCD控制电路等。我采用以STC89C52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。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能。软件程序主要由主程序、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。它控制单片机进行数据发送与接收。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影
3、响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。关键词：STC89C52；超声波；测距。1Abstractultrasonic frequency in the above 20kHz refers to the sound wave, it belongs to the category. Ultrasonic wave in general also follow the rules of the elastic medium, such as the bo
4、undary of the reflection and refraction phenomenon occurring in the media and after absorbing attenuation etc. Because these properties, ultrasonic can be used in measuring the distance. Along with the science and technology unceasing enhancement, ultrasonic technology has been widely applied in Peo
5、ples Daily life and work.The thesis mainly includes two parts, the design that hardware circuit and software program. The hardware circuit including microcontroller circuit, launch circuit, receiving circuit, display circuit and power circuit, in addition to reset circuit and control circuit LED etc
6、. I used to STC89C52 SCM is the core of low cost, high precision, miniaturization digital display ultrasonic rangefinder hardware circuit. The circuit USES modular design, the signal transmission and reception, power supply, temperature measurement, display module. The launch of the probe signal amp
7、lifier and detection after the launch of the timer started out, microcontroller timer, ultrasonic was launched by the way, after the return on amplified bandpass filters orthopedics etc, then received by MCU, counter to stop work and time. After temperature measurement of single-chip microcomputer,
8、through the procedure to speed adjustment, the realization of the ultrasonic ranging function. Software program mainly by the main program, preset subroutines, launch procedure, receiving subroutines, display subroutines etc modules. It control chip. Another program control chip to eliminate the emi
9、tting and receiving ultrasonic probe.The actual environment has great influence on ultrasonic, such as external electromagnetic interference source channel interference etc, the temperature of the air of ultrasonic velocity are significantly affected. Besides supply power will also make great differ
10、ence measurement errors. Keywords: STC89C52, Ultrasonic, distance1目 录摘 要IAbstract.II第1章绪 论11.1 超声波测距系统的研究背景与意义11.2 超声波测距系统研究的可行性21.3 国内外发展状况31.4 系统设计的功能简介6第2章设计总体目标72.1 设计要求及系统指标72.2 总体方案选择72.2.1 方案比较72.2.2 方案论证82.2.3 方案选择82.3 超声波测距的理论与原理92.3.1 超声波的基本理论92.3.2 超声波测距系统原理10第3章 系统主要硬件设计123.1 单片机及显示电路设计1
11、23.2 超声波发射电路123.3 超声波接收电路133.4 电源电路143.5 单片机复位电路设计143.6 时钟电路的设计153.7 单片机最小系统153.8 STC89C52单片机简介17第4章 系统软件设计184.1 编程语言的选择184.2 系统主程序设计194.3 系统中断程序设计214.4 超声波测距子程序设计224.5 距离测算23第5章 系统电路调试及误差分析245.1 系统电路的调试245.2 系统的误差分析2415.2.1声速引起的误差245.2.2 单片机时间分辨率的影响255.3 提高测量精度的方法255.4 系统性能改善和增大测量距离讨论26结 论28参考文献29致
12、 谢31附录1: 硬件原理图32附录2：源程序331 便携式超声波测距系统的研究与设计第1章绪 论从技术上看，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。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，因此在工农业生产上到了广泛的应用。1.1 超声波测距系统的研究背景与意义超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作
13、出精确测量已成可能。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。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。在基于传统的测量距离存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中
14、，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。由于超声波具有强度大，方向性好等特点，利用超声波测量距离就可以解决这些问题。随着人们生活水平的提高，城市发展建设的加快，城市车辆逐渐增多，因为停车不当而造成的交通事故也越来越多。为了避免此类事故的发生，一个能够直观测出汽车与障碍物之间的距离的装置就变得十分重要。它可以及时将车辆与障碍物之间的距离反应出来，给司机以更准确的信息和更多的反应时间，减少事故的发生。此外，超声波测量距离技术还在工业控制、勘探测量、机器人定位和军事应用等领域得到了广泛的应用。超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所
15、以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。1.2 超声波测距系统研究的可行性采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。超声测距在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自
