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1、-毕业设计报告论文 报告论文题目：基于51单片机的超声波测距 系统设计 作者所在系部： * 作者所在专业： * 作者所在班级： * 作 者 姓 名 ： * 作 者 学 号 ： * 指导教师： * 完 成 时 间 ： *年*月*日 中北大学毕业设计论文任务书姓 名：*专 业：*班 级：*：*指导教师：*职 称：*完成时间：*年*月*日毕业设计论文题目：基于51单片机的超声波测距系统设计设计目标：利用超声波的指向性强、能量消耗慢、传播距离远等特点，设计实现生活中很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进展非接触测距的工作。技术要求： 1、熟练使用AT89C51单片机、超声波
2、发射器、超声波接收换能器各种仪器。掌握其原理，学以致用。设计出超声波测距仪的硬件构造电路。 2、对设计的电路进展分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。 3、对设计的电路进展分析。所需仪器设备：AT89C51单片机、超声波发射器、超声波接收换能器成果验收形式：原理图、仿真结果参考文献：单片机原理与接口技术、传感器应用A、电子测量技术时间安排15周-6周立题论证39周-13周仿真调试27周-8周方案设计414周-16周成果验收指导教师：教研室主任：系主任：. z.-摘 要超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的畴。超声波也遵循一般机械波在弹
3、性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。系统的设计主要包括两局部，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路，另外还有复位电路和LED控制电路等。我采用以AT89C51单片机为核心的低本钱、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开场计时，
4、超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停顿工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进展校正, 结合两者实现超声波测距的功能。软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。它控制单片机进展数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LED上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关局部附有硬件电路图、程序流程图。实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中
5、考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。关键词 AT89C51 超声波测距. z.-目 录摘要1第1章绪论11.1课题背景及重要意义11.2国超声检测开展综述11.3超声波测距存在的问题与课题的意义21.4本文主要研究容3第2章超声波测距原理与方法52.1超声波简介52.1.1 超声波的三种形式52.1.2 超声波的物理性质52.1.3 超声波对声场产生的作用52.2超声波传感器介绍62.2.1 超声波测距原理及构造6超声波传感器选择9超声波测距的原理9发射脉冲宽度10测量盲区112.3本章小结12第3章系统硬件设计133.1 发射电路设计13发射电路设计方案14发射电路常用方案143.1.3
6、超声波发射器的考前须知153.2 接收电路设计163.3单片机显示电路设计173.3.1 LCD显示局部21报警局部223.4本章小结22第4章软件设计和测量结果分析234.1系统软件设计234.2外部中断子程序274.3定时器中断子程序274.4 实现重要功能的程序分析284.4.1 实现温度读取功能284.4.2 实现根据温度转化声速294.4.3 实现距离计算294.5本章小结30第5章结论31致32参考文献33附录134附录235. z.-基于单片机的超声测距系统设计第1章 绪论1.1课题背景及重要意义近年来，随着电子测量技术的开展，运用超声波作出准确测量已成可能。随着经济开展，电子测
7、量技术应用越来越广泛，而超声波测量准确高，本钱低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物部、液位高度的测量等。由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、
8、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进展距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进展差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比拟迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能到达工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息距离和方向。因此超声波测距
9、在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。1.2国超声检测开展综述在基于传统的测力距离存在不可克制的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。由于超声波具有强度大，方向性好等特点，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和平安防等领域得到了广泛的应用。超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调
10、试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进展测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。1.3超声波测距存在的问题与课题的意义我就影响超声测距误差的几个因素做了分析，并为本系统选择了比拟适合的传感器，即由一支发射探头UCM-T40KI和一支接收探头UCM-R40KI的收发分体式传感器。本节在此根底上就如何具体设计本系统进展详细分析。系统方案在实验室实现小围测距，测试距离约为0.2m3m米，系统整体构造如下图。图1-1系统设计方案图发射电路采用单片
11、机端口编程输出40kHz左右的方波脉冲信号，同时开启部计数器TO。由于单片机端口输出功率很弱，为使测量距离满足要求，驱动超声传感器UCM-40T发射超声波距离足够远，故在此电路上加功率放大电路。从接收传感器探头UCM-40T传来的超声回波很微弱(几十个mV级)，又存在着较强的噪声，所以放大信号和抑制噪声是放大电路必须考虑的。本系统设计此局部电路时采用一级放大和带通滤波电路，中心频率4OKHz左右，放大滤波电路均采用了高速精细运算放大器TL082，输出信号大约在5V左右。由于放大电路输出的信号是连续的正弦波叠加信号，而单片机所能承受的中断响应信号常为下降沿脉冲信号，故信号在放大电路后通过LM39
12、3构成的比拟电路，将正弦信号转换成方波信号，用方波的负跳变作单片机的中断输入，使得单片机知道已接收到超声信号，部计数器停顿计时。显示电路采用动态扫描显示，主要是处于节省硬件的考虑。通过单片机编程将部计数得到的时间数据转换为距离信息，通过3位LED数码管显示，数据*，单位cm。语音播报局部就是将所测得的距离实时地，以模拟真人发音的形式报出来，例如“现在距离目标物还有*cm或“现在所测得距离为*cm。这样可以在视觉有限或不宜用眼观察的情况下发挥更大的用处，或近距离配合视觉系统会此测距仪的优点或方便之处得到最大程度的发挥，使用起来非常的灵活方便。本系统采用一种长时间非易失性语音芯片ISD2560,它
13、采用模拟存储技术，音质好，录放音方便，且可以方便地进展任意语音元素的组合。1.4本文主要研究容本系统硬件局部由AT89C51控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89C51数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如以下图所示：发射电路接收电路AT89C51LCDDS18B20报警电路图1-2系统设计总框图由单片机AT89C51编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电
14、平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开场计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停顿计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。图 1-3时序图第2章 超声波测距原理与方法2.1超声波简介超声波技术是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为根底的、各行各业都可使用的通用技术之一。超声波技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产平安和设备平安运作，降低生产本钱，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声
