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1、摘 要本设计是基于单片机技术，实现的对前方物体距离的测量。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,利用了超生波传感器对前方物体进行感应，通过单片机中的程序对超声波传感器发射和接收的超声波信号进行逻辑分析和计算等处理，最后将处理后的数据显示在LCD显示器上。基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,该系统根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。该系统设计主要工作为主控制器模块的设计、超声波发射模块设计、超声波接收模块、报警模块和显示模块等五个模块构成。论文中介绍的这
2、种设计是通过超声波传感器测量（非接触式测量）设计的超声波传感器由发射部分发射超声波，用接收部分接收超声波，要突破的主要问题是怎么实现测量的距离在0.27-4.00m之间。 本利用公式 S=TV2（V为超生波传播速度，本设计设定值340m/s）,单片机把处理的距离值S并且通过LCD显示出来。关键字： 单片机 超声波传感器 LCD 超声波测距AbstractThe design is based on microprocessor technology to achieve the right measurement of the front object distance. Due to str
3、ong directional ultrasonic, energy consumption slow, transmission distance is far in medium use of ultrasound sensors on the front induction objects, SCM logic analysis and calculation through the procedures of ultrasonic sensors transmitting and receiving ultrasonic signals. Finally, after processi
4、ng the data is in the digital LCD tube. Ultrasonic Ranging System Based on AT89C51 .The ultrasonic system based on the air-borne reflection principle ,ultrasonic sensors are interface components, used the time gap ultrasonic wave transmit in the air to measure distance with application of SCM techno
5、logy, be able to design a set of ultrasonic detection system. A controller module design, ultrasonic transmitter module design, ultrasonic receiver and display module 4 module is the system design work. Papers presented the design through ultrasonic sensor (non-contact measurement) measurement ultra
6、sonic sensors are fat Radio emission of ultrasonic, with some receiving ultrasonic receiver and alarming device. To overcome the main problem is how to make the measure distance between 0.27 and 4 meters. Use formula S=T V (V is the ultrasonic waves velocity. The design settings 340m/s) microprocess
7、or dispose the distance value displayed on the LCD. Keywords: SCM Ultrasonic sensors Ultrasonic ranging LCD第一章 引言随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。这一超声波测距系统的设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。由于超声波指向性强,因而常于距离的
8、测量。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用。本设计提供一种数码管显示测距装置,该装置利用了发射接收分离的超声波传感器和微处理器。采用超声波传感器工作于发射和接收,利用声波在空气中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到超声波测距器之间的距离。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距
9、电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本设计的电路,成本低廉,性能可靠,所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,电路实现容易,工作稳定可靠。本设计实现了对前方障碍物距离的测量，随着测距仪的移动与被测物体的距离的增加和减少，数码管就会显示不同的数值，而报警的声音也会因此而改变。利用超声波测量距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。超声波测距仪用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合1.1选题背景及研究意义由于超声波指向
10、性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。超声波智能测距仪具有广泛的实际用途，超声波测距仪广泛应用于生活、军事等各个领域，如施工建筑单位对空间距离的测量、汽车倒车防撞系统、潜水艇的超声波探测定位系统。本设计是由指导老师提出的设计要求，本人设计的一个工程设计。该设计可广泛用于生活、军事等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且具有一定的编程能力，综合运用以上知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机中的程序对超声波信号进行分析、计算、处理最后在LED数码管上
11、显示出来，并且能够实现报警功能。测量范围在0.27m4.0m,测量精度0.03m,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。本人在大学四年通过努力学习，已获得一定得专业知识，已经拥有电路原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识和单片机与接口技术、检测与转换等专业知识和一定的编程能力，为了用所学知识服务于社会，达到学以致用，所以选择该课题。用我们所学的知识感恩老师，回报祖国。1.2超声波测距的发展现状趋势近年来,由于导航系统、工业机器人的自动测距、机械加工自动化等方面的需要，自动测距变得十分重要。与同类测距方法相比,超声波方法在以下几方面具有明显的优势：(1) 相对于声波，超
12、声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中的衰减较小、反射能力较强等优势。(2) 相对于光学方法，超声波的波速小，可以直接测量较近目标的距离，纵向分辨率较高；对色彩、光照度、电磁场不敏感，被测物体处于黑暗，有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘测方面具有独特的优点。(3) 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。随着科学技术的快速发展，超声波将的应用将越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体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。，超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用，如汽
13、车倒车雷达等，它们测距精度一般较低。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。未来的超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展，死角问题也能得以解决。1.3本课题任务本设计选用T/R-40-12 超声波传感器。在了解超声波测距原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统的设计，其中为了能够进行实时报警，需要一个报警电路。如果需要提高系统测量精度和系统稳定性，可以增加温度补偿电路，降低了温度变化对测距精度的影响，这样有利于提高超声
14、波测距系统的测量精度。具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，LCD显示电路，温度补偿电路，报警装置电路。要求测量范围在0.274.0cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，并且能够进行报警，必要的情况下，能对温度所造成的系统误差做出补偿。第二章 超声波测距原理超声波原理及应用2.1.1超声波简介声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。 超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动
15、次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。2.1.2超声波应用由于超声波具有如下特性：超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；超声波可传递很强的能量；超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象；超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。超声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面：超声检验。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方
16、向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波
