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1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 数字式超声测距仪的设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 2010 年5 月 25日 数字式超声测距仪的设计摘 要由于现代生产要求，人们需要实现无接触式的生产测距，而超声波测距是一种性能良好的测距方式，主要应用于倒车雷达、工地以及一些工业现场，本文设计了一种以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化LED显示超声波测距仪，并使用一些常用芯片如：74hc04等。系统由单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路以及显示电路构成。由芯片AT89S52控制计算超声波从发射到接收的传送时间，从而得到待测距离。本系统具
2、有易检测、软件功能完善，工作可靠、准确度高等优点。本文论述了单片机技术研制成功的超声波测距仪的基本原理，测量计算方法，实现方案。采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。实际使用表明，极大的提高了安全性、可靠性和准确度。关键字：测距仪; 超声波;传感器；CX20106。Digital ultrasonic rangefinderAbstract Because of modern production requirements, it was discovered that the need to achieve the production of non-contact distance
3、measurement, and ultrasonic distance measurement is a good performance of the ranging approach is mainly used in reversing radar sites as well as some industrial field, this paper designed a to AT89S51 MCU as the core of the low-cost, high-precision, micro-LED display of ultrasonic range finder, and
4、 use some commonly used devices such as: 74LS04, etc. System consists of microcontroller, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver amplifier circuit and display circuit. Chip AT89S51 control calculation by the ultrasonic transmission from transmit to receive time and hence the distance to be u
5、nder test. The system has easy to detect, the software fully functional, reliable, high accuracy advantages.This paper discusses the successful development of microcomputer technology, the basic principles of ultrasonic range finder, measurement method of calculating implementations. Use of software
6、 calibration, improved accuracy and machine reliability. The actual use of that greatly improves safety, reliability and accuracy. Keywords: distance meter; ultrasonic ;CX20106。 目录摘 要IAbstractII1 引言11.1设计任务21.2设计思路21.3设计重难点22 系统概述22.1 超声波的介绍32.1.1 超声波32.1.2 超声波的特点及特性32.1.3 超声波的应用42.2 超声波测距的原理53 系统设计
7、63.1单片机选型63.2超声波传感器93.3温度传感器113.3.1温度传感器的选用113.3.2温度对测距的影响123.4系统硬件设计123.4.1 系统框图123.4.2发射电路133.4.3接收电路143.4.4显示电路153.5系统软件设计164 系统调试184.1软硬件的调试184.2仪器精度分析及如何提高超声测距精度19结论22参考文献23致谢24附 录一 图纸251 原理图252PCB图25附 录二 程序清单26附 录三 元器件清单371 引言目前国内一般使用的超声波测距仪是由专用集成电路设计而成的，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便，而本
8、设计研究的测距器成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国电子测距实际水平，具有较大的意义。因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声
9、波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。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
10、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。这就是我设计超声波测距仪的意义。1.1 设计任务在了解超声波测距原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统的硬件设计。具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，LED显示电路。要求测量精度在5%以内，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。1.2 设计思路本系统的设计思想是采用以AT89S51单片机为核心，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示的超声波测距仪。超
11、声波测距可测出发射和接收之间的时间间隔，利用S=vt/2就可以算出距离，再在LED上显示出来。而限制超声波测距准确度的因素有：超声波的幅度、反射面的质地、反射面和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。根据设计要求并综合各方面因素，采用AT89S51单片机为主控制器，用实现LED数字显示，附之以发射电路与接收电路来实现。1.3 设计重难点本课题的设计任务是设计一个超声波测距仪，用40KHZ频率来实现，精度在5%以内。考虑到设计成本，对硬件电路的设计比较讲究。设计难点：1、 发射、接收电路的设计；2、 LED显示电路;3、 软件模块的设计
12、。2 系统概述2.1 超声波的介绍2.1.1 超声波声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。为了以超声波作为检测手
13、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。 2.1.2 超声波的特点及特性超声波具有以下特性：超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；超声波可传递很强的能量；超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象；超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。超声波具有以下特点：超声波在传播时，
14、方向性强，能量易于集中；超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息。 2.1.3 超声波的应用 超声检验。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后
