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1、湖南工程学院基于单片机的超声波测距系统的设计摘要摘要：本文在超声波测距原理的基础上，设计基于 AT89S52 单片机与超声波传感器为核心的超声测距系统。该系统由单片机控制时间计数、控制超声波的发射和接收，同时为了提高系统的精度，采取了温度补偿等一系列措施。整个电路采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、温度补偿子程序等模块组成。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。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。针对系统的发射、接收、检测、显示进行了论证，对试验结果进行了误差分析。试验证明这套软硬件设计合理，实时性良好。关键词关键词：超声波；单片机；温度补偿；测距基于单片
2、机的超声波测距系统的设计IDesign of Ultrasonic Distance Measurement Systembased on SCMAbstract ：This paper discussed ultrasonic distance ranging and designed a kind of the ultrasonic distance system based on AT89S52 MCU and ultrasonic sensors. The MCU is employed to achieve the function of controlling time count
3、ing and transmit or receive of ultrasonic. At the same time, in order to raise the devices precision, it makes measures such as temperature compensation and so on. Modular design of the whole circuit from the main program, display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe sign
4、al processing, and the ultrasonic range finder function. According to the transmissions receiver, detection, display scheme of this distance meter system is brought out and analyzes the experimental result. The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified,
5、the anti-disturbance competence is powerful.Key Words：Ultrasonic; Micro Control Unit; Temperature compensation; Measuring distance基于单片机的超声波测距系统的设计1第 1 章 绪论1.1 研究背景与课题来源单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛应用于各个领域。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统，如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制等。一些仪器仪表如智能仪器、医疗器械、数字示波器等也用到单片机。计算机外部设备与智能接口如图形终端机、传真机、复印机
6、、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机，商用产品如自动售货机，电子收款机，电子称，家用电器如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等都离不开单片机。单片机在控制领域中，具有很多优点，它体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便的组成各种智能化的控制设备；面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务。因而能获得最佳的性能价格比；它抗干扰能力器，适用范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他类型的计算机无法比拟的；此外，可以方便的实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提。在国内，单片机以其及其优越的优点受到人们的高度重视，并取得了一系列科研成果，成为传
7、统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有光控的发展前景。近几年来，超大规模集成电路的出现，促成计算机朝三个方向发展：单片机、高性能微型计算机及专用微型计算机。单片机在微型计算机领域占据着十分重要的地位。如今，单片机的发展越来越迅速，国内外先进技术不断涌现。目前，嵌入式数字信号处理器发展度很快，和控制器MCU 结合在一起的最近期的点偏激发展的一个方向。嵌入式系统一般指把单片机嵌入有某种功能并有独立形态的系统中作为智能控制核心。它是计算，通信与消费结合的产品，主要用于信号处理和控制，应用最多的是智能家用电器，是智能家电产品的核心。利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕
8、捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波，借助空气媒介质传播，由待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与反射的超声波的强弱判断猎物的性质或障碍位置的方法。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，所以测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多基于单片机的超声波测距系统的设计2种方式，比如：激光测距、微波测距、红外线测距和超声波测距等。但是，超声波测距不失为一种简单可行的方法。超声波测距仪有造价底，省力，操作方便的优点。虽然超声波测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是，有的电路复杂，技术难度大，有的调试困难，有的元件不易购买。本文介绍的电路，成本低
9、廉，性能可靠，所用元件易购，并且利用测距原理，结合单片机的数据处理，使测量精度提高，电路实现容易，无须调试，工作稳定可靠。1.2 课题研究的意义和目的MCS-51 系列单片机是INTEL 公司继MCS-48 系列后推出的8 位高档微型计算机系列，其性能，指令功能，运行速度远远超出一般的通用处理器。国内外计算机应用部门竞相用这种单片机构成各种智能仪表，智能控制器，智能接口，通用测控单元，医疗器械等，标志着单片机正式登上了计算机世界的舞台。单片机的应用为越来越多的科技人员所注目。在工业生产中，电流，电压，温度，压力，流量，流速，流速和开关量是常用的主要被控参数。目前利用MCS-51 单片机控制超声
10、波测距系统的设计越来越多了，该系统也得到广泛的应用，如智能化汽车倒车系统，机器人的障碍行走，物位测量，医疗，通讯，家电及其他方面都有广泛的应用。因此有必要研究出性能更能好精确度更高的应用性超声波测距系统。在现实生活中，在一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷，例如，液面测量就是一个距离测量，传统的电极法采用差位分布电极，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸泡在水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解，从而失去灵敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题。目前市面上常见的超声波测距系统因价格昂贵，体积过大而且精度不高等种种因素，使得在一些中小规模领域中难以得到广泛的应用。为解决这一
11、系列难题，本文设计了一款基于STC89C52 单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距系统。基于单片机的超声波测距系统的设计31.3 课题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，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。超声测距仪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
12、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身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。如此广泛的应用使得提高人们对机器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
13、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。本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。从设计要求可知，本课题研究的是利用超声波传感器来测量距离。要考虑其是否可行，首先必须了解超声波具有哪些特性。所谓超声波就是指频率高于20kHz 的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产生；沿直线传播，当频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；强度大、方向性好等特点。因此，利用超声波的这些特性就可制成超声波传感器。又由于超声波在空气中的传播速度较慢，一般为340m
14、/s 左右，这使得超声波传感器的应用变得非常简单，因此利用超声波传感器测量距离就不再困难了，由此可见，基于STC89C52 的超声波测距系统的研究设计是可行的。总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。基于单片机的超声波测距系统的设计41.4 课题设计的功能简介该测距系统由+5V 稳压电源提供驱动，利用超声波在空气中传播遇障碍物反射的原理，以超声波探头为接口部件，应用单片机技术计算超声波在空气中传播的时间（超声波的速度为声速）并处理成相应的距离，然后再通过四位七段数码管显示实测距离的数字仪表。其主要功能如下：1） 测距范围为=200
15、)|flag=1) SPEAK=0; delay1(200);flag=0;disbuff0=10; /显示“-”disbuff1=10; /显示“-”基于单片机的超声波测距系统的设计12disbuff2=10; /显示“-”elsedisbuff0=S%1000/100;disbuff1=S%1000%100/10;disbuff2=S%1000%10 %10;Display(); 3.4 RS232 串口通信电路设计RS232 是单片机间，或单片机与上位机间通讯联络用。MAX232 作为RS232 的电平转换芯片，完成TTL 电平到RS232 电平的转换。MAX232 是一种双组驱动器接收
16、器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V 电源供电时提供EIATIA-232-电平。典型的RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V 电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL 电平到RS-232 电平再返回TTL 电平。电容可以取0.1uF 到10uF之间的电容，有极性无极性均可，但是使用有极性的电容一定注意正负方向。据查阅资料：由RS-232C 标准规定在码元畸变小于4的情况下，传输电缆长度应为15m，在实际应用中。约有99的用户是按码元畸变10-20的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过15m，一般能满足个人和近距离设备的需要。为了能将编译后的程序文件下载到单片机中，用到了MAX232 芯片。在最简单的RS-232 直接传送通信系统中，只要发送和接收双方同时准备好，仅用信号发送端(TXD) ，信号接收端(RXD) 和信号地(GND)3 根线即可进行通信。在89C52 单片机系统中，分别从
