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1、1山山 东东 科科 技技 大大 学学本科毕业设计（论文）开题报告本科毕业设计（论文）开题报告题 目 基于 AT89C51 单片机超声波测距系统设计单片机超声波测距系统设计学 院 名 称 信息与电气工程学院 专 业 班级 电气工程及其自动化 082 学 生 姓名 杜辉 学 号 200801100202 指 导 教 师 陈旭 填表时间： 2012 年 4 月 6 日2填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准
2、格式，用 A4纸打印。4.参考文献不少于 8 篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于 2 篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。3设计（论文） 题目单片机超声波测距系统设计单片机超声波测距系统设计工程实际科研项目实验室建设理论研究其它设计（论文） 类型（划“” ）一、 本课题的研究目的和意义随着超声波测距系统在科学领域以及生产领域的应用越来越广泛，怎样提高超声波系统的实用性和智能性成为现如今超声波测距系统的主要研究和发展方向。但就目前的技术水平来说，现如今所用的超声波测距系统还不完全成熟，因此，一是要提高其测量精度；二是要实现数据检测方面的快捷性、简便性、实时
3、性，使设计出的新型超声波测距系统能真正意义上的体现其智能性及实用性。由于理论及技术方面的限制，本设计仅就基于矿井勘探方向的超声波测距系统进行设计。在矿井勘探方面，不仅要实现长距离的测距，同时测量精度方面也必须达到相应要求，而且也要考虑测量环境等因素对测量结果的影响。因此，迅速且保持一定精度地测量矿井内部各部分的距离是此设计的目的。传统的井深测量方式有两种：一是收敛计人工测量法，该方法对于测量井深费时费力，并且测量精度一般；二是采用激光探测法，该方法虽然测量精度很高，但需要大型的激光发射装置，代价昂贵。本设计采用单片机系统测量矿井深度，测量精度方面没有激光测量法高，测量速度也不如激光测量法快，但
4、和前两种测量方法相比之下有两个优点：一是测量方便，设计出的单片机测距系统，体积小，在井下运输方便，且单片机程序可反复擦洗，使该系统可应对各方面，各种情况的测量；二是单片机测距系统，成本低廉，且不易损坏，非常适用于井下相对来说比较恶劣的测量环境。综上所述，对于现在的社会发展情况来看，单片机测距系统更适用于现在的市场。4二、 本课题的主要研究内容（提纲）(1) 设计基本原理的确定。本系统采用超声波往返时间检测法，其原理是：超声波从超声波发射器发出，到达待测距离的物体后反射，最后被超声波接收器接收。这之间的往返时间为 t，超声波在空气中的传播速度为 v，所以根据物理学可知：待测距离为 L=vt/2。
5、往返时间 t 很容易测量，超声波在空气中的传播速度可由如下公式直接算出：v=331.4+0.607T （T 为测量环境温度）(2) 设计基本方案的拟定。本超声波测距系统的结构由以下几部分构成：单片机控制单元，超声波发射器，超声波接收器，测温电路，显示电路，报警电路。单片机控制单元发出 40kHZ 的方波信号，信号传输至发射换能器，将方波信号转换为超声波信号。超声波发射器由多谐振荡器和功率放大器组成，负责发射超声波信号。超声波接收器由回波放大接收电路及比较电路组成，回波放大接收电路负责将返回的超声波接收并进行放大处理，比较电路负责对放大后的信号进行分析处理。测温电路由温度传感器组成，负责测量周围
6、环境温度，以测出该环境下的超声波传输速度。显示电路选择使用 LED 发光二极管构成的 LCD 液晶显示屏。驱动方式有动态驱动和静态驱动两种选择，可根据需要进行选择。报警电路由一个运算放大器，一个发光二极管组成。如果出现如距离过远或干扰过大等接收不到返回信号的情况，报警电路工作，发光二极管亮起，出现警报。设计的简易结构图如下：5显示电路报警电路单片机控制单元超声波发射器超声波接收器测温电路待 测 物 体(3) 单片机系统的选择。单片机的种类多种多样，经过测量环境、制作成本、使用年限各方面综合分析，本设计采用测量精度一般（本设计实现的矿井内距离测量不需要特别高的精度） ，但性能相对较好，功耗相对较
7、低的 AT89C51 单片机。AT89C51 单片机内含 4kB 的只读程序存储器 ROM（可反复擦写，修改方便）及 128B 的随机存储器 RAM，对于只要求测量矿井内部各部分距离的测距系统来说，存储量足够使用。由于 AT89C51 单片机内部结构相对简单，因此能实现快速测量，而且使用相对方便。在编程方面，AT89C51 单片机即可按照常规方式进行编程，也可进行在线编程，且可反复擦洗的程序存储器也能方便的进行程序修改，且比不可擦洗的存储系统大大降低了其成本。综上所述，本设计采用 AT89C51 单片机。(4) 测量系统的详细设计。1.测量系统的各部分结构单元的具体结构图及连接方式，写出该部分
8、功能的实现方式。2.编写程序。(5) 数据校验。采用 PSPICE 电路分析软件进行模拟分析及数据校验。(6) 写毕业设计报告（包括说明书和相应图纸） 、准备毕业答辩。6三、文献综述（国内外研究情况及其发展）随着科学技术的快速发展，超声波测距仪的应用越来越广泛。但就目前的技术水平来说，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要而且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，以满足日常发展的社会需求。现在超声波测距系统越来越注重其实用性，因此现在单片机和超声波测距系统开始紧
9、密结合起来。比如说，汽车内置的倒车防撞系统，潜水艇的音波发射系统，医学器械的探伤系统等等，现在都在大量使用单片机来完成其各个任务。这说明，现在在超声波测距方面，单片机的使用正在成为主流。这可归结为两个原因：一是单片机的成本低廉，对于现如今测距系统在很多领域都大量使用的形式下，单片机所节省的制作成本可以更好地用于其它方面，大大提高了社会资源的合理分配：二是单片机系统方便快捷，现在所使用的单片机系统，绝大部分都可以实现程序的修改，因此单片机的使用使测距系统更能体现其灵活性，也使设计出的单片机系统能广泛适用于各个领域。对于现如今高速发展的科学技术和越来越智能化的社会生活来说，超声波测量技术还需要不断
10、发展，来满足社会进步的需要。现阶段的超声波测距还没有到达顶峰，还有很大的发展空间，而怎样实现超声波测量技术的更智能化，更实用性，是今后超声波测量技术的发展方向。举例来说，目前，军事领域中，潜水艇的超声波测距系统还需要完善其隐蔽性等性能；勘探领域中，还需要克服地形等环境因素所造成的影响；医学领域中，如超声波探伤技术，还需要进一步提高其测量精度。这些都是现在超声波测量技术的不完美之处，需要进一步改进。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其它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
11、新的测距仪将发挥更大的作用。7四、 拟解决的关键问题1.超声波发射与接收电路的设计：是选择使用施密特振荡器和数字功率放大电路的方案还是选择使用 555 多谐振荡器和数字功率放大器作为发射装置、回波放大接收电路及比较电路作为接收装置的方案。2.如何将测温电路返回的数据准确传递到 LED 显示单元。3.显示电路选择什么样的反向驱动器驱动 PC 口作为 LED 的位选控制口来提高其显示亮度，使井下作业更方便。4.单片机的复位电路是使用上电自动复位的方式还是使用按键电平复位的方式。五、 研究思路和方法根据所收集的单片机有关方面的资料，对所需设计的系统进行初步分析，选择最有效的单片机系统，进一步对测量系
12、统进行构架，画出测量原理图，根据原理图画出结构图，并完善其内部结构。并对整个系统进行检测，逐步完善整个测量系统，直至测量精度达到要求。方案初步拟定：单片机系统：AT89C51 单片机测量系统的结构：单片机控制单元、超声波发射器、超声波接收器、显示电路、测温电路、报警电路。(具体结构图及各部分组成见提纲部分)数据校验：PSPICE 电路分析软件8六、 本课题的进度安排第 12 周：查阅资料，对课程设计进行初步规划。第 34 周：整理资料，确定所设计测量系统的基本原理。第 5 周：根据原理及设计需要选择合适的单片机系统。第 67 周：对所选择的单片机系统进行学习和认知，以进行下一步设计。第 810
13、 周：设计测量系统,并画出其结构图。第 1113 周：对测量系统进行数据校验,完善测量系统。第 1415 周：撰写毕业设计说明书，写出答辩提纲，准备答辩。第 16 周：毕业答辩七、 参考文献1.单片机原理与实践 公茂法 黄鹤松 杨学蔚 北京航空航天大学出版社 2009年出版2.模拟电子技术基础 童诗白 华成英 高等教育出版社 2006 年第 4 版3.数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社 2006 年第 5 版4.超声波探伤 超声波探伤编写组 电力工业出版社 1980 年出版5.单片机在超声波测距中的应用 李丽霞 电子技术 2002 年第 6 期6.超声定位技术在汽车安全预警系统中的应用 韩赞东 测控技术 2002 年第 8期7.简易超声波测距仪的软硬件设计 杨自栋 农业装备与车辆工程 2005 年第 4期8. LiuFengRan, ultrasonic ranging system based on SCM and sensor le monde. 20019指导教师意见指导教师（签名）：年 月 日所在系（所）意见负责人（签章）：年 月 日
