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1、精品毕业论文 目 录 摘要 .1 前言 .3 第一章 绪论 4 1.1 选题背景与意义4 1.2 研究现状4 1.3 研究内容5 第二章 总体设计 6 2.1 系统框图6 2.2 超声波测距仪设计要求6 2.3 使用元件选择6 第三章 系统硬件设计 7 3.1 超声波传感器电路模块7 3.1.1 HC-SR04 实物图 .7 3.1.2 HC-SR04 的主要技术参数 .7 3.1.3 HC-SR04 内部结构与工作原理 .8 3.1.4 发射电路的设计 8 3.1.5 接收电路的设计 8 3.2 温度传感器模块9 3.2.1 DS18B20 实物图与引脚定义 .9 3.2.2 DS18B20
2、 的主要特性 10 3.2.3 DS18B20 的工作原理 10 3.3 数码管显示模块 11 3.3.1 七段数码管的结构与工作原理 .11 3.3.2 七段数码管的驱动和显示方法 .11 3.4 STC 单片机最小系统模块 . .13 3.4.1 STC89C51 单片机最小系统 . .13 3.4.2 STC89C51 单片机的主要特性 13 第四章 系统软件设计 .15 精品毕业论文 4.1 系统软件总设计.15 4.2 传播时间的获取.16 4.3 DS18B20 对温度的补偿 .17 4.4 距离的计算 .21 第五章 总结与分析 .22 参考文献 23 致谢 24 附录 25 精
3、品毕业论文 摘要摘要 随着科学技术的飞速发展，超声波在生产生活中的应用范围越来越广。目前，离我 们生活最近的超声波应用就是测距。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业 现场等的距离测量。 本论文设计了一种基于 STC89C51 单片机的超声波测距仪。该仪器以空气中超声波 的传播速度为已知条件，利用反射超声波测量待测距离。本设计利用超声波传感器 HC- SR04 发射超声波并接收回波的方式统计超声波传输的时间，采用 STC89C51 单片机作为 控制核心，结合温度传感器 DS18B20 采集的温度信息将声速做相应的补偿，并计算出距 离，最后通过 4 位数码管将所测距离信息显示出来。 根据结
4、果显示，该设计达到了预期要求，基于 STC89C51 单片机的超声波测距仪可 以实现。 关键词：关键词：STC89C51； 超声波传感器； DS18B20。 精品毕业论文 Abstract With the rapid development of science and technology, the scope of application of ultrasound in the production and everyday life is wider. At present, what is the most common to our life in the application
5、 of ultrasound is the distance measurement. Ultrasonic distance measurement is mainly used in reversing reminder, construction sites, industrial sites, and other distance measurement. This paper designed a ultrasonic range finder based on STC89C51. the instrument treats the speed of ultrasonic propa
6、gation in the air as the known conditions, using the reflected ultrasonic measurement testing distance. This design uses ultrasonic sensor HC-SR04 emission ultrasonic and receiving the echo statistics ultrasonic transmission time, using the STC89C51 as the control core. Combined with the collected t
7、emperature information which will be the speed of sound corresponding compensation. And calculate the distance. Finally, the measured distance information will be displayed by 4 digital tube. According to the result, this design reach the expected requirements, the ultrasonic range finder based on t
8、he STC89C51 can be achieved. Key words: STC89C51; ultrasonic sensor; DS18B20. 精品毕业论文 前言前言 实际生产生活中，人们往往需要对物体间的距离进行精确测量。本论文设计了一个 可以实时看到距离的超声波测距仪，测距精度为 2cm，最远距离可以达到 2m。 本设计的测距仪分为多个模块，超声波传感器模块、温度测量模块、微处理器模块 和数码管显示模块。超声波传感器中的发射电路模块发出超声波，遇到障碍物返回，并 被接收电路模块接收到，单片机统计出声波传输所用时间，结合温度传感器所测温度， 计算出实时的声速并得到正确的待测距离。
9、最后通过数码管模块将待测距离显示出来。 以下为章节安排： 第一章，提出了本论文的背景和选题意义，国内外超声波测距仪的发展现状以及本 设计研究的主要内容。 第二章，总体设计，包括系统框图和设计要求。 第三章，本设计的硬件部分，包括超声波传感器电路模块、温度传感器模块、微处 理器模块和数码管显示电路模块。 第四章，本设计的软件部分，包括系统软件的设计流程图、DS18B20 驱动模块、数 码管显示和声速的计算。 第五章，总结分析。 精品毕业论文 第一章第一章 绪论绪论 1.1 选题背景与意义选题背景与意义 超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴，可用于非接触测量， 具有不受光、
10、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，利用计算超声波在发送端和接 收端之间的传输时间和声速来测量距离，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在很 大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。 目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，比如油库和水箱液面的精确测量和控 制，汽车辅助泊位系统的应用，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机 械制造、电子冶金、航海、宇航、石油化工等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料 科学、医学、生物科学等领域中也占具重要地位。 因此，研制开发一种稳定性好、灵敏度高、具有一定精度，且使用简单、成本低廉、 易于大批量生产的超声波测距仪对于满足现阶
11、段的大量需求和未来这一领域的研究都具 有重要的现实意义。 1.2 研究现状研究现状 国内从五十年代起对超声波测距进行了较多的研究，并取得了可喜的成果。近年来 得益于电子技术的快速发展，尤其是单片微机技术的应用和扩展，使得原来复杂的超声 物位测量仪的设计有了大幅简化的可能，如采用 zilog 公司 Z86E08 单片机控制的超声波 测距数显装置，以 8098 单片机为核心的智能物位测量仪等，从而使得超声物位测量仪的 应用得到更多的普及。 近十年来，国内外科研人员在超声波回波信号处理方法、新型超声波换能器研发、 超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析和研究，并针对超声测距的常见影响因 素提出了
12、温度补偿，接收回来串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。 本文针对国内外超声波测距研究开发的状况，研制了一种低成本、精度较高的基于 STC89C51 单片机的超声波测距仪。 精品毕业论文 1.3 研究内容研究内容 该超声波测距仪中的超声波传感器 HC-SR04 中的发射电路模块发出超声波，遇到障 碍物返回，并被接收电路模块接收到，STC89C51 单片机统计出声波传输所用时间，结合 温度传感器 DS18B20 所测温度，计算出实时的声速并得到正确的待测距离。最后通过数 码管模块将待测距离显示出来。该超声波测距仪的设计要求如下： (1) 设计制作超声波发射和接收电路。 (2) 设计制作
13、单片机系统，带有数码管显示电路。 (3) 编写单片机程序，计算和显示距离。 精品毕业论文 第二章第二章 总体设计总体设计 2.1 系统框图系统框图 本设计超声波传感器使用 HC-SR04，温度传感器使用 DS18B20，微处理器使用 STC89C51 单片机，显示部分采用共阳数码管。超声波传感器 HC-SR04 中集成的发射电 路模块发出超声波，遇到障碍物返回，最后被接收电路模块接收，STC89C51 单片机统计 出声波传输所用时间，结合温度传感器 DS18B20 所测温度，计算出实时的声速并得到正 确的待测距离。最后通过 4 个共阳数码管将待测距离显示出来。 超声波发射电路超声波发射电路超声
14、波接收电路超声波接收电路 显示电路显示电路 单片机电路单片机电路 电源电路电源电路 图 2.1 系统基本框图 2.2 使用元件选择使用元件选择 由于测量距离的精度和长度要求不是很高，精度达到 2cm，测量距离达到 2m 即可， 精品毕业论文 因此超声波传感器选用价格低廉且实用的 HC-SR04 即可。 控制核心部分选择实用的 STC89C51 单片机即可满足计算和控制要求。 用于温度补偿的温度传感器选择普遍且实用的 DS18B20。 因为显示只需要将距离显示出来就可以了，所以显示部分选择了四只共阳数码管。 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 该超声波测距系统硬件设计包括以下模块：超声波传感
15、器电路模块、微处理器模块、 温度传感器模块和数码管显示电路模块。 3.1 超声波传感器电路模块超声波传感器电路模块 HC-SR04 超声波传感器模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度 可高达 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 3.1.1 HC-SR04 实物图实物图 图 3.1 HC-SR04 超声波模块实物图 精品毕业论文 3. .1. .2 HC-SR04 的的主要技术参数主要技术参数 所用工作电压：直流 5V 电压。 工作静态电流：小于 2mA。 电平输出：高电平为 5V，低电平为 0V。 感应角度：不大于 15 度。 探测距离及精度：2cm-4
16、50cm。 高精度：可达 3mm。 3. .1. .3 HC-SR04 内部结构与工作原理内部结构与工作原理 图 3.1 HC-SR04 发射电路图 精品毕业论文 图 3.2 HC-SR04 接收电路图 该超声波传感器的内部结构及电路工作原理如图所示，该传感器主要包括两大部分： 发射电路和接收电路。采用 I/O 触发测距，给至少 10us 的高电平信号，模块自动发送 8 个 40kHz 的方波，并自动检测是否有信号返回，当接收到回波时，通过 I/O 输出一高电 平，高电平持续的时间 t 就是超声波从发射到返回的时间,测试距离 s=(t*v)/2。v 是超声波 在空气中传播的速度。 3. .1. .4 发射电路的设计发射电路的设计 超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片，40kHz 的晶振和 MAX232 芯片构成， 单片机给方波发生芯片触发信号后，方波发生芯片开始工作，产生 40kHz 的方波信号， 电平转换芯片 MAX232 将 TTL 电平转换成可以驱动振荡器的高电压，进而产生所需的 40kHz 的超声波。 3. .1. .5 接收电路的设计接收电路的设计 本设计
