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1、北华大学毕业设计（论文）摘要随着科技的发展，人们生活水平的提高，各种各样的水力工程纷纷开工上马。而我国的水力资源又比较丰富，更多的城市周边开始兴建各种水库，用于城市居民的生活用水，工业设施用水和农业水力灌溉。在各种大小水库中，都有用于监测库容水面的仪器，各种测量方式中，以超声波测距方法最为便捷，它有实时，精确，可全天候工作的优点。而水位监控又是水力设施的重要组成部分，因此，设计好的、精确的超声波测距仪就显得非常重要。而这正是本设计的主要意义和应用领域。本设计采用以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预
2、置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。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。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。关键词：AT89S52；超声波；测距AbstractWith the development of technology to improve peoples living standards, a variety of wate
3、r projects has to be launched one after another. Then our country has rich hydropower resources, and around the city began to being construction of various reservoirs,its used for urban residents, industrial facilities, and agricultural irrigation . The vareties of reservoirs, are used to monitor th
4、e water storage capacity of instruments, and the ways of measuring , itis convenient to ultrasonic ranging which the advantages of its has real-time, accurate, and working all day. The level monitoring of water is an important part of hydraulic facilities. therefore, designning a good, accurate ultr
5、asonic range finder is very important. Which is the main significance of the designning and applications.At the core of the design using AT89S52 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from
6、 the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function.On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module. The
7、research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satisfactory and by extension and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position
8、 of the workplace and some industries spot supervision.Key Words：AT89S52; Silent Wave; Measure Distance- 2 -目录摘要1Abstract2引言11 绪论21.1 课题的提出21.2 超声波测距国内外研究现状21.3 本课题研究内容和意义31.4 本章小结32 超声波测距技术的综述42.1 超声波及超声波传感器的简介42.1.1 超声概述42.1.2 超声波传感器的简介42.1.3 超声波传感器的主要参数和选择52.2 超声波测距的原理与系统论述72.3 单片机芯片介绍82.4 CX2010
9、6A的芯片介绍112.5 74LS245芯片介绍122.6 本章小结133 系统的硬件结构设计153.1 超声波发射电路153.2 超声波接收电路163.3 超声波显示电路173.4 超声波报警电路设计183.5 电源电路193.6 晶振电路203.7 本章小结214 系统软件的设计224.1 超声波测距仪的算法设计224.2 主程序流程图234.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序244.4 系统软硬件调试264.5 本章小结27结 论28参 考 文 献29附录A 程序清单30附录B 硬件原理图34附录C 超声波测距PCB版封装图35致谢36北华大学毕业设计（论文）引言随着科技的发展，人
10、们生活水平的提高，各种各样的水力工程纷纷开工上马。而我国的水力资源又比较丰富，更多的城市周边开始兴建各种水库，用于城市居民的生活用水，工业设施用水和农业水力灌溉。在各种大小水库中，都有用于监测库容水面的仪器，各种测量方式中，以超声波测距方法最为便捷，它有实时，精确，可全天候工作的优点。而水位监控又是水力设施的重要组成部分，因此，设计好的、精确的超声波测距仪就显得非常重要。而这正是本设计的主要意义和应用领域。由于本超声波测距系统的设计是作为水库水位测距系统的一部分。它能使水库水位测距变得更加方便快捷，测得的水位信号更加便于处理与传送，可以满足实时，无人和全天候的工作需求。在自动化程度需求较高的今
11、天，必将得到更加广阔的应用。水库水位测距系统采用超声波测距原理。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方式，即通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波。系统具有结构简单、体积小、实时LCD显示和报警、抗干扰性能好等优点。系统的误差主要来自于发射探头发出的超声波是呈喇叭状扩散传播、被测物的表面不光滑且不一定垂直于两探头的轴线而导致所反射回来的波也许是从不同点获得，此外电子元器件自
12、身的时延、干扰等也造成一定影响。可以根据具体场合，选择合适功率的探头，以及调整程序中脉冲的频率、宽度和个数等提高精度或测量距离，扩大系统的应用范围。1 绪论1.1 课题的提出 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体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的技术及产业领域。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，以满足日益发展的社会需求，与普通测量技术相比超声波波测距方法具有明显突出的优点：1.超声波的传播速度仅为光波的百万分之一，并且指
13、向性强，能量消耗缓慢，因此可以直接测量较近目标的距离；2.超声波对色彩、光照度不敏感，可适用于识别透明、半透明及漫反射差的物体(如玻璃、抛光体)；3.超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；4.超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制。因此，超声波方法作为非接触检测和识别的手段，已越来越引起人们的重视。随着科技的发展，人们生活水平的提高，各种各样的水力工程纷纷开工上马。而我国的水力资源又比较丰富，更多的城市周边开始兴建各种水库，用于城市居民的生活用水，工业设施用水和农业水力灌溉。在各种大小水
14、库中，都有用于监测库容水面的仪器，各种测量方式中，以超声波测距方法最为便捷，它有实时，精确，可全天候工作的优点。而水位监控又是水力设施的重要组成部分，因此，设计好的、精确的超声波测距仪就显得非常重要。而这正是本设计的主要意义和应用领域。1.2 超声波测距国内外研究现状目前国际和国内上，在超声波测距方面的研究方向的不同和研究水平的高低，主要体现在对测距原理，超声信号处理方法和超声波测距处理器的选用上。常见的超声波测距原理主要分为脉冲回波法和相位差法两种。信号的处理方法大致分为：阈值检验法，互相关时延估计法，伪随机码扩频测距法和最小均方法四种。另外在处理器方面大多以单片机为主，其中以51系列应用最
15、为广泛。而采用运算速度更快，效率更高的dsp芯片作为处理器，也正成为一个非常活跃的研究方向。目前已研制的超声波测距仪中，量程一般为312m，美国AIRMAR公司生产的airducer AR30超声波传感器的作用距离可达30m，但价格昂贵，准确度方面已控制在测量误差的0.4%左右，与真值的差距在厘米数量级的范围内。如采用互相关或伪随机法，最高可控制在0.05m内。在提高量程和精确度方面，超声波测距还有很大的发展潜力和上升空间。1.3 本课题研究内容和意义由于本超声波测距系统的设计是作为水库水位测距系统的一部分。它能使水库水位测距变得更加方便快捷，测得的水位信号更加便于处理与传送，可以满足实时，无人和全天候的工作需求。在自动化程度需求较高的今天，必将得到更加广阔的应用。在越来越追求便捷和高效的今天，在我国各行各业出现了越来越多的自动化需求。超声波测距系统代替了原始人工的低效测量，在水库水位监测领域得到了广泛的的应用。而我国目前水力事业的发展越来越快，超声波测距系统以其便捷性和低投入性，必将会有非常广阔的市场前景和经济效益。1.4 本章小结 本章具体论述了课题的选题内容和意义，以及选题的现阶段的国内外研究现状。超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工
