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1、 编编 号号： 审定成绩审定成绩： 重庆邮电大学重庆邮电大学 毕业设计毕业设计（论文论文） 设计设计（论文论文）题目题目： 基于单片机的超声波模块设计基于单片机的超声波模块设计 学学 院院 名名 称称 ： 自动化学院自动化学院 学学 生生 姓姓 名名 ： 刘晓林刘晓林 专专 业业 ： 电气工程与自动化电气工程与自动化 班班 级级 ： 0831106 学学 号号 ： 2011212684 指指 导导 教教 师师 ： 林海波林海波 答辩组答辩组 负责人负责人 ： 王平王平 填表时间填表时间： 年年 月月 重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文
2、论文） I 诚信承诺书 本人慎重承诺和声明： 本人在毕业设计（论文）过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在指导教师的指导下独立完成，没有剽窃和抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，若有违规行为的发生，我愿接受学校处理，并承担一切法律责任。 论文作者签名： 年 月 日 重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文论文） II摘摘 要要 单片机作为微型计算机的一个分支，具有集成度高、使用方便、控制功能强的特点，其应用领域非常广泛。超声波频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播，传播距离较远，而且能量耗损缓慢。超声波测距制作方便、成本较低，此外测量比较
3、迅速而且计算简单，便于实时控制。超声波避障模块在社会中已经有广泛地应用。如汽车倒车雷达、石油化工、航海等工业领域，此外也广泛应用于医学、生物学、材料科学等领域。 本文主要设计一种基于单片机的超声波避障模块。该系统的硬件部分由单片机系统、四路通道电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路及显示电路等部分组成，其中超声波传感器包括超声波发射电路和超声波检测接收电路。 软件部分采用 C 语言编程， 主要由主程序、超声波测距程序及显示子程序等组成。本文设计的超声波避障系统采用 STC89C52 单片机作为微处理器，利用单片机对超声波接收信号进行处理，单片机程序使用 keil 软件调试，通过HC-SR04
4、 超声波传感器实时的采集障碍物的距离和方向，通过串口同步发送距离和方向数据给上位机，做出准确的判断避开障碍物。 本文的超声波测距部分采用 HC-SR04 超声波测距模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达到 0.2cm，即障碍物最大检测距离为 4m，精度为 0.2cm，远远小于2cm； 障碍物最小检测距离为2cm， 经过不断测试， 系统检测到障碍物的概率为100%，满足设计要求。 【关键词关键词】单片机 超声波 测距 避障 重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文论文） IIIABSTRACT Single-chip microcomputer
5、as a branch of microcomputer. It has broad range of applicationswith high integration, ease of use, and powerful control features. Ultrasonic wave has features, such like high frequency, short wavelength, small diffraction phenomenon, and especially well direction, which make it be Ray and can direc
6、tional propagation with long distances, and have slow energy loss rate. Ultrasonic Ranging is convenient and low cost. In addition, the measurement is fast and calculation is simple, which is suitable for real-time control. The ultrasonic obstacle avoidance module has already been widely used. For e
7、xample, car reversing radar, petrochemical, navigation and other industrial fields. In addition, it is widely used in medicine, biology, materials science and other fields. This paper mainly studies ultrasonic obstacle avoidance modulebased onMCU system, and introduces the design information of soft
8、ware and hardware. The hardware section includes MCU system, part of the ultrasonic transmitting circuit, the ultrasonic detectionreceiving circuit, display circuit and power circuit, etc. Software includes main program, ultrasonic ranging program, display subroutine, and other components, via C lan
9、guage programming. This paper designed PC obstacle avoidance system by using MCU as microprocessor. In this way to take accurate action to avoid obstacles. Using MCU to process the ultrasonic received signals, and debugging the program via Keil software. Real-time distances and directions can be col
10、lected via ultrasonic transformer, then, send these collected data to PC software via serial synchronization. In this paper, the ultrasonic ranging part adopts HC - SR04 ultrasonic ranging module, the module can provide from 2 cm to 400 cm non-contact distance measurement function, ranging accuracy
11、can reach 0.2 cm, namely obstacles maximum detection range is 4 m, precision is 0.2 cm, far less than 2 cm; Obstacles minimum detectable distance is 2 cm, after continuous testing, the system detected obstacles probability of 100%, meet the design requirements. 【Key words】SCM Ultrasonic Ranging Obst
12、acle avoidance 重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文论文） IV目目 录录 前 言 1 第一章 绪论 2 第一节 课题背景及意义 . 2 第二节 超声波避障应用现状及发展前景 . 2 一、应用现状 . 2 二、发展前景 . 3 第二章 超声波避障模块总体方案设计 4 第一节 硬件总体方案设计 . 4 第二节 软件总体方案设计 . 4 第三节 本章小结 . 5 第三章 超声波避障系统硬件设计 6 第一节 单片机最小系统 . 6 一、电源部分 . 6 二、晶振电路 . 7 三、复位电路 . 7 第二节 四路通道开关 . 7 一、CD4051 介绍 . 7 二、CD4
13、051 工作原理 . 8 第三节 超声波测距模块 . 9 一、超声波 . 9 二、HC-SR04 超声波传感器 . 10 三、超声波测距 11 第四节 显示模块 12 一、LCD1602 显示 . 12 二、上位机显示 14 第五节 本章小结 15 第四章 超声波避障系统软件设计 . 17 第一节 编译环境 17 一、单片机编程 17 二、编程软件 18 第二节 程序设计 18 重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文论文） V一、显示程序 19 二、超声波测距程序 20 第三节 本章小结 20 第五章 系统的制作流程及功能调试 . 21 第一节 系统的制作流程 21 一、原理图
14、绘制 21 二、PCB 板制作 . 21 三、电路焊接与调试 22 四、软件调试与功能实现 23 第二节 系统功能调试 23 第三节 本章小结 25 结 论 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 附 录 . 29 一、英文原文 29 二、英文翻译 40 三、工程设计图纸 49 四、源程序 50 重庆邮电大学本科毕业设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文论文） - 1 - 前前 言言 随着科技的高速发展，一种新的、有蓬勃生命力的智能机器人已经出现，正在给人们的生活带来越来越多的惊喜， 同时也使人们的生活变得越来越舒适和安逸。 要想机器人在移动过程中的路径准确， 就必须将其安装测距避障系统，
15、获取障碍物的距离和方向，及时避开障碍物。超声波作为避障的重要手段，避障实现方便，计算简单，便于实时控制，测量精度也能达到实用的要求。随着科技的快速发展，超声波在未来必将得到广泛应用。但就目前技术水平来说，人们可以利用的超声波技术还十分有限， 因此这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。 这些年来，随着超声波技术研究的不断深入，再加上其具有的高精度、无损、非接触等特点，超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海、石油化工、交通等工业领域，此外在材料学、医学、生物学等领域也占据重要地位。 超声波避障技术在社会生活中已广泛应用于倒车雷达等， 它的测量精度一般
16、偏低，目前对超声波高精度测距系统的需求越来越大。展望未来，超声波作为一种新型的非常重要的工具在各方面都有很大的发展空间， 它将朝着更加高定位、高精度的方向发展，以满足社会日益发展的社会需求。未来的超声波避障技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展。 本文共有五章，第一章是绪论，主要讲述了课题背景及意义和超声波避障应用现状及发展前景；第二章是超声波避障模块的总体方案设计，包括硬件总体方案设计和软件总体方案设计；第三章是超声波避障系统的硬件设计，包括单片机最小系统、四路通道选择、超声波测距模块和显示模块，其中显示模块又分为 LCD1602 显示和上位机串口显示；第四章是超声波避障系统的软件设计，介绍具体
