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1、太原科技大学毕业设计（论文）I目 录摘要 . Abstract .II第 1 章绪论.11.1 课题研究的意义 .11.2 超声波测距的应用及发展现状 .11.2.1 超声波测距的应用 .11.2.2 超声波测距的发展概况 .2第 2 章 超声波测距的基本原理.42.1 超声波的基本特点 .42.2 超声波传感器 .52.2.1 超声波传感器的分类 .52.2.2 压电式超声波传感器工作原理 .62.3 超声测距原理 .6第 3 章 超声波高精度测距系统的关键技术方案.83.1 超声波测距的方法.83.2 盲区处理.93.3 测量精度的问题.- 10 -3.3.1 影响测量精度的因素 .- 1
2、0 -3.3.2 提高测量精度的措施 .- 12 -第 4 章 超声波高精度测距系统设计.- 13 -4.1 超声波高精度测距系统总体组成 .- 13 -4.2 超声波高精度测距系统的工作原理 .- 13 -4.3 超声波高精度系统各部分硬件组成 .- 13 -4.3.1 C8051F040 单片机特点及外围电路的设计 .- 13 -4.3.2 超声波发射电路 .- 17 -4.3.3 超声波接收电路 .- 18 -4.4 超声波显示电路.- 20 -4.5 超声波高精度测距系统的软件设计 .- 21 -4.5.1 系统软件设计原理 .- 21 -太原科技大学毕业设计（论文）II4.5.2 系
3、统软件设计框图 .- 25 -4.5.3 单片机的 C 程序设计 .- 27 -总结.- 37 -参考文献.- 38 -致谢.- 39 -附录.- 40 -超声波在高精度测距系统中的应用摘 要超声波测距是一种非接触式的测量方式,与其它方法相比(如电磁的或光学的方法),它不受光线、被测对象颜色的影响，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此，研究超声波在高精度测距系统中的应用具有重要的现实意义。 在本文中，首先阐述了超声波测距的发展及应用，超声波传感器，超声波测距的基本原理，超声波侧距系统的关键技术以及如何提高超声波测距的精度。然后设计一个小型的超声波
4、高精度测距系统，详细论述了超声波测距系统的整体结构设计和工作原理，超声波发射与接收一体电路的实现，单片机 C8051F040 的特点以及单片机的外围电路和相应的集成开发环境，以及相关程序的设计。关键词：超声波，单片机，高精度测距 Apply of The Ultrasonic Ranging in The High-precision RangingAbstractUltrasonic ranging is a kand of non-contact styled manner, compared with other methods(for instance electromagnetic
5、or method of optics), it is not affected by light,color of the object, as to examining the thing is in dark, has dust , smog, interferes , poisonous etc. having certain adaptive capacity electromagnetically under the abominable environment.So,study the apply of the Ultrasonic Ranging in the High-pre
6、cision Ranging has important reality meanings.太原科技大学毕业设计（论文）IIIThis article, first introduces the development and application of ultrasonic ranging, the basic working principle of ultrasonic sensors and ultrasonic ranging, the core technologies of ultrasonic ranging system and the methods of how to
7、improve the ranging precision of ultrasonic distance measurement system. And then, through designing a small high-precision ultrasonic ranging system, this article discusses the structure and the working principle of ultrasonic ranging system in detail. This article also analyses the implementation
8、of transmit-receive circuit, the characteristics of C8051F040 singlechip, and the singlechips peripheral circuit and the development environment of such integrated circuit and its programme.Keyword：Ultrasonic，Singlechip， High-precision Ranging太原科技大学毕业设计（论文）- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题研究的意义随着现代社会的发展，对测量的精度的要求
9、越来越高，而超声波的速度相对于光速要小得多，其传播的时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，所以利用超声波的高精度性的测距技术得到了越来越广泛的应用。超声波高精度测距是一种利用超声波的可定向发射、指向性好等特性、结合电子计数等微电子技术来实现的非接触式检测方式，在使用中不受光线、电磁波、粉尘等因素影响，加之信息处理简单、成本低、速度快，在避障、车辆的定位与导航、液位测量等领域应用更为广泛。因此，研究超声波高在精度测距系统的应用具有重要的现实意义。1.2 超声波测距的应用及发展现状1.2.1 超声波测距的应用利用超声波来实现定位是蝙蝠等生物作为防御和捕捉猎物的手段，生物体可以
10、发射出人们不能听到的超声波（20KHz 以上的声波） ，借助空气或其它介质传播。通过捕捉障碍物反射回来的时间间隔长短和反射回来的信号强弱来判断反射物的类型及距离的远近。超声学是近年来发展十分迅速的一门技术，人们采用仿真技能，利用超声波，已应用在很多方面。超声技术可分为检测超声和功率超声，作为检测用的超声波显然属于检测超声的范畴 1。检测超声主要是利用超声的信息载体作用，即通过超声在媒质中的传播、吸收、散射、波形转换等，提取反映媒质本身特性或内部结构的信息，达到检测媒质性质、物体形状或几何尺寸、内部缺陷或结构的目的。利用超声对目标进行检测有其独特的优点 2：超 声 波 在 传 播 时 ， 方 向
11、 性 强 ， 能 量 易 于 集 中 ，几乎沿直线传播；超 声波 能 在 各 种 不 同 媒 质 中 传 播 ， 且 可 传 播 足 够 远 的 距 离 ； 超声波对色彩、光照度不敏感，对外界光线和电磁干扰不敏感，可以用于黑暗、有烟雾或灰尘、电磁干扰强等恶劣的环境中；超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。正因为超声波有着这些独特的优点，在国民经济和国防中越来越被人们所重视。目前，超声波已广泛应用在民用及国防工业中。例如，用超声波可以探测海洋潜艇的位置、鱼群以及确定海底暗礁等障碍物形状及位置；利用超声波传播的时间确定物体的长度以及超声波在固体里遇到障碍物的反射来确定物体内部损伤的位置，称之为无损探伤；利用超声波测距辅助机器人确定自身位置，从而准确避开障碍物，按
