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1、 毕业设计（论文） 题目： 基于STC89C51单片机的超声波测距仪 姓 名： 姜依浩 专 业： 机电一体化 学 院： 继续教育学院 学习形式： 自考 助学单位： 指导教师： 王秀丽 目 录摘要1前言3第一章 绪论411 选题背景与意义412 研究现状413 研究内容5第二章 总体设计621 系统框图622 超声波测距仪设计要求623 使用元件选择6第三章 系统硬件设计731 超声波传感器电路模块7maxbook118com HC-SR04实物图7maxbook118com HC-SR04的主要技术参数7maxbook118com HC-SR04内部结构与工作原理8maxbook118com
2、发射电路的设计8maxbook118com 接收电路的设计832 温度传感器模块9maxbook118com DS18B20实物图与引脚定义9maxbook118com DS18B20的主要特性10maxbook118com DS18B20的工作原理1033 数码管显示模块11maxbook118com 七段数码管的结构与工作原理11maxbook118com 七段数码管的驱动和显示方法1134 STC单片机最小系统模块13 maxbook118com STC89C51单片机最小系统13maxbook118com STC89C51单片机的主要特性13第四章 系统软件设计1541 系统软件总设计
3、1542 传播时间的获取1643 DS18B20对温度的补偿1744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
4、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STC89C51 超声波传感器 DS18B20AbstractWith 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 propagation
6、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 temperature
7、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 the STC89C51 can b
8、e achievedKey words STC89C51 ultrasonic sensor DS18B20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
9、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第一章 绪论11 选题背景与意义超声波可用于非接触测量具有不受光电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点利用超声波在和之间的传输来测量距离对被测目标无损害而且超声波传播速度在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油库和水箱液面的精确测量和控制物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等在机
10、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12 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温度补偿接收回来串
11、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13 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第二章 总体设计21 系统框图 本设计超声
12、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 图21 系统基本框图22 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
13、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 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31 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maxbook118com HC-SR04实物图图31 HC-SR04超声波模块实物图maxbook118com HC-SR04的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
14、低电平为0V感应角度不大于15度探测距离及精度2cm-450cm高精度可达3mmmaxbook118com HC-SR04内部结构与工作原理 图31 HC-SR04发射电路图 图32 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IO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IO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 tv 2v是超声波在空气中传播的速度maxbook118com 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maxbook118com 接收电路的设计本设计中选用的TL740C芯片采用了前置放大电路带通滤波电路后级放大电路将接收到的波形经过整形积分检波滤波和限幅放大等实现接收超声波的功能当距离较远时回波信号会非常微弱
