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1、毕业论文（设计）题 目 基于单片机LCD显示的超声波测距系统 基于单片机LCD显示的超声波测距系统摘要：超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及主要单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以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。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速
2、度快、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。关键词： 超声波 测距 单片机Ultrasonic ranging system based on single-chip LCD displayAbstract：There are some advantages of ultrasonic. They are the strong directivity, the slow energy consumption, the long propagation length and so on. So in the use of Location scheme, which
3、 is combined with the sensor technology and automatic control technology. The ultrasonic ranging is the most commonly used than other Location schemes. Whats more, the ultrasonic ranging is also widely used in anti-theft, reversing radar, level measurement, building construction site and some indust
4、rial fields.This subject detailedly introduces that the principles and characteristics of ultrasonic sensor, the performances and characteristics of the main SCM. Besides, this subject is also based on the analysis of the principle of ultrasonic distance measurement, points out the ideas of the rang
5、ing system, the considering questions, and gives the microcontroller, which as the core of the low cost, the high precision, miniaturization digital display hardware circuit and software design method of ultrasonic range finder.The circuit of this system has reasonable design, stable operation, good
6、 performance, fast detection speed, simple calculation. In addition, this system is also easy to achieve real-time control, and meets the practical requirements of industry measurement .Keywords: ultrasonic distance measurement SC 目 录第一章 绪 论11.1，超声波测距系统的背景目的及重要意义11.2超声波测距的国内研究现状21.3超声波测距的测距方案和研究内容21
7、.3.1基于单片机的超声波测距系统21.3.2本设计的超声波测距原理31.3.3本设计的超声波测距方法3第二章 系统的硬件结构设计52.1单片机的选择52.1.1 STC12C5A60S2单片机的主要性能62.1.2 STC12C5A60S2单片机的管脚说明72.1.3 STC12C5A60S2单片机IO口工作模式设定92.2 超声波测距模块HC-SR0492.2.1超声波测距模块HC-SR04 的特点92.2.2超声波测距模块HC-SR04的电气参数102.2.3 采用超声波测距模块HC-SR04的原因102.3系统显示模块LCD1602102.3.1显示模块LCD1602的控制命令102.
8、3.2 选择显示模块1602的原因112.4 本章小结12第三章 系统总体电路图133.1 STC12C5A60S2单片机的最小系统组成133.1.1时钟电路133.1.2 STC12C5A60S2单片机的最小系统143.2电源电路153.3超声波测距模块HC-SR04的电路图如下：163.3.1超声波测距模块HC-SR04的电路图163.3.2超声波测距模块HC-SR04的引脚说明173.4显示模块LCD1602：173.4.1 显示模块LCD1602的电路图173.4.2 1602LCD的引脚说明18第四章 系统程序的设计204.1超声波测距系统流程图204.2超声波测距系统的各组成程序2
9、04.2.1超声波模块启动程序214.2.2 T0定时器距离计算程序214.2.3 T0中断用来计数器溢出程序214.2.4 系统主程序21设计总结23致 谢24参考文献25附录126本设计总电路图26附录227本设计总程序27第一章 绪 论1.1，超声波测距系统的背景目的及重要意义在历次人类文明的产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿着各个应用技术领域的关键技术，它几乎都能涉及到我们可以想象的所有技术领域中，它是影响着人类在应用技术发展革命的方向标。传感器是世界各国争先发展的产业之一，在各国相关部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前的技术水平来说，人们
10、可以具体利用的传感技术还十分有限，况且要把传感器普遍应用到人们的工作生活中，还需要不断的研发才能达到那种普遍应用的现象。因此，传感技术是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。 随着科学技术的快速发展，超声波在传感器中的应用也越来越广泛。作为一种非接触式测距技术，超声波测距与其它非接触式的测距方式方法，如CCD探测、激光测距、雷达测距等相比，可以直接测量近距离目标、适用范围广、纵向分辨率高、方向性强、并且具备不受烟雾、光线、电磁干扰等因素的干扰，且覆盖面较大等优点。超声波对于被测物体处于黑暗，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。因此在液位测量，机械手控制，车辆自动
11、导航，物体识别等方面有广泛的应用。尤其是在空气测距的应用中，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辩力，因而其准确度也较其它方法高，而且超声波传感器具有结构简单，体积小，信号处理可靠等特点。超声波是一种指向性强，能量消耗慢的波。它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，可解决超长度的测量。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性：反射、折射、干涉、衍射、散射。它与物理紧密的联系，应用灵活，所以更适合与高温，高粉尘，高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。超声波作为一种非接触式测距技术，是利用计算超声波在被测物体和超声
12、波探头之间的传输来测量距离的，测量过程中对被测目标无损害。超声波传播速度在相当大范围内与频率无关，在相关计算中相当灵活。所以，基于超声波的这些独特优点，使得超声波测距技术越来越受到人们的重视。因此本设计研究超声波测距系统的原理和应用具有着很大的现实意义。在理论以及设计基础上，对单片机理论知识的深化和提高，对个人动手能力的培养和提高，对分析问题和解决问题的能力的锻炼和提高等等方面，都具有很大的学习实践意义。1.2超声波测距的国内研究现状目前，超声波技术的应用现已经初具规模，经过不断的研发，市场上超声波产品的精度可达到1MM、同时具有相当高稳定度，适合在大部分环境中使用。超声波技术的应用领域包括：
13、测距、避障、机器人定位、曲面仿真等。尽管如此，超声波技术也存在一些急需攻克的问题，主要包括：1. 其测量精度的级别有待提高，测量距离不够远2. 在一些高精度或远距离的产品中的，超声波组成电路复杂，而且成本较高3. 超声波测距依然存在一定距离的育盲区。这些问题大大限制了超声波的发展和应用。针对上述存在的问题，国内外的相关人员也进行了努力的攻关，其研究方向主要集中在以下几个方面：超声波回波处理、新型换能器研发、发射脉冲选取等等，并且提出了温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等，这些措施能有效地提高超声波的测距精度。目前，国内的研究成果主要有：超声波回波方面的处理，专用脉冲发生器，最小均方自适应时
14、延估计算法，一体化换能器，升压变压器和采用功率驱动芯片等，这些技术的应用提高了超声波测距的精度和距离，所以超声波测量技术在不断地发展着。国内的超声波测量品牌有古大，飞鹰，百特等，他们的技术在国内处于领先地位，但相对于国外，仍有不少的距离。而在国外，超声测量技术也在迅速的发展，国外西门子，E+H，HAWK的产品比较齐全，质量比较稳定。1.3超声波测距的测距方案和研究内容1.3.1基于单片机的超声波测距系统基于单片机的超声波测距系统，器原理是利用单片机产生频率为40kHz的方波，经过放大后，由超声波传感器发射端震荡而发射出超声波，超声波经反射物反射回来后，由超声波传感器接收端接收，再经放大和滤波后
15、，控制单片机的中断口。其系统原理框图如下图表1：数字显示单片机发射模块接收模块发射接收管图表 1这种以单片机为核心的超声波测距系统是通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间来计算测量距离。利用单片机的定时器计时，能提高测距精度和准确率，而且单片机控制方便，计算简单。所以，许多超声波测距系统都采用这种设计方法。1.3.2本设计的超声波测距原理通过上一节的介绍，我们知道以单片机为核心的超声波测距系统具有设计简单、操作使用方便的特点，而且测量精度符合工业要求。本设计的测距系统就是以单片机为控制核心的。本设计的原理是超通过声波发射器向某一特定方向发射超声波，在发射的同时单片机开始计时，超声波在空气中传播，在途中碰到障碍物时就会立即反射回来，这时超声波接收器收到反射波就会立即停止计时，从超声波发射到接收的期间为一个时间周期，由于超声波在空气中的传播速度为V，根据计时器记录的时间周期t，通过计算就能计算出发射点到障碍物的距离。1.3.3本设计的超声波测距方法本设计系统是利用单片机控制超声波的发射和接收，并对超声波自发射至接收往
