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1、XXXXXXXXXXX学院 本科生毕业论文（设计） 题 目： 基于单片机的超声波测距仪 专业代码： XXXXXX 作者姓名： XXXXXXX 学 号： XXXXXXXX 单 位： XXXXXXX学院 指导教师： XXXXXXXXX XX年XX 月XX 日原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名： 日期 指 导
2、教 师 签 名： 日期 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）目 录前言11.国内外研究现状11.1国内外研究现状：12.总体方案设计及可行性22.1总体方案设计：22.2总体方案可行性：32.2.1理论基础32.2.2现实基础33.硬件及单元电路设计33.1主控模板及电路设计33.2电源设计53.3 HC-SR04超声波测距模块53.4超声波传感器的工作原理53.5测距原理73.6 时钟电路的设计83.7 复位电路的设计93.8 声音报警电路的设计93.9 显示模块104.软件设计104.1主程序工作流程图105.实物制作135.1 单片机引脚135.2 焊接和检查135.3 实物图14结 论
3、16参考文献17致 谢 18附 录19附件1：原理图19附件2：程序201摘 要由于超声波的指向性、抗干扰性较强，在介质中传播的距离较远，以及能量的衰减缓慢，而且超声波测距是一种非接触性检测技术，因而超声波常用于工业现场、车辆导航、水声工程等领域。目前，超声波测距技术已在机器人自主导航、倒车雷达、军事探测等领域得到广泛应用。本课题是对基于单片机的超声波测距技术的探究。在此采用的单片机为STC89C52。STC89C52单片机是STC公司生产的一种低耗高性能的微控制器，其易用性和多用途性受到了广大电子DIY设计者的信赖。本次设计包含硬件系统和软件系统，软件系统为各种程序的总称；硬件系统主要包括S
4、TC89C52单片机、输入/输出设备、外围应用电路等。其中以STC89C52为主控芯片，利用HC-SR04 超声波发射模块产生超声波，利用超声波接收模块接收超声波，同时根据记录的时间，将探测的物体距离探测出来，然后利用单片机进行处理运算，再与设定的报警距离值相比较，当检测距离小于设定值时，单片机发出指令控制蜂鸣器报警。关键词：超声波；单片机；超声波模块AbstractBecause of ultrasonic directivity, strong anti-jamming, spread in the medium distance, and the energy attenuation i
5、s slow, and ultrasonic ranging is a non-contact detection technology, which is commonly used in the industrial field, ultrasonic vehicle navigation, underwater acoustic engineering. At present, ultrasonic technique has been widely used in robot navigation, reversing radar, military detection etc. Th
6、is paper is to explore the ultrasonic ranging technology based on SCM. This uses the STC89C52 microcontroller. STC89C52 microcontroller is the microcontroller STC produced by a low cost high performance, the usability and the versatility of the majority of electronic DIY designers trust. The design
7、of the main hardware system, and the hardware system is mainly composed of STC89C52 single chip computer, ultrasonic sensors, to make distance measurement and alarm system, using STC89C52 as the main control chip, using HC-SR04 ultrasonic module of ultrasonic transmitting, receiving ultrasonic recei
8、ver, at the same time, according to the records of the time, the detected object detected distance, then the use of single-chip processing operation, and the distance values compared to set the alarm, when the detecting distance is less than the set value, control buzzer alarm instructions of SCM.Ke
9、y words：Ultrasonic; SCM; Ultrasonic Module 2基于单片机的超声波测距仪前言由于超声波测距技术是一种非接触性的检测技术，且不易受光、被测对象色彩等的干扰。与其它仪器相比更清洁，更耐潮湿、高温、粉尘、腐蚀性气体等恶劣环境，且具备维护少、环保、可靠性高、寿命长等优点【1】，因而常被广泛用于造纸业、采矿业、发电厂、化工厂、污水处理厂、农牧业、环境监测、食品、防汛、水文观测、空间定位、交通等行业。可进行不同环境条件下的距离准确度在线标定，可用在水位、酒、糖、饮料等液位的精准控制，还可以差值设定，可直观显示各种工业液罐的液位、料位。因此，超声波在特殊环境条件下的测
10、距方面，有较广的应用。此外，超声波检测技术比较迅捷、简便、计算量小、易于控制等，且所测精度能达到工业实际要求，因而在移动式机器人中装备超声波测距系统，使其时时获取距障碍物的位置信息（方向和距离），达到躲避障碍物的目的。因此超声波测距技术在机器人的研究中得到广泛的应用。鉴于超声波的以上特点，本论文将探讨超声波的测距原理，以及基于单片机的超声波测距仪的制作过程，实现原理。1.国内外研究现状1.1国内外研究现状：近几年来，国内研究人员在新型超声波换能器研发、超声波回波信号处理以及超声波脉冲发射的选取等方面做了大量分析、研究工作，并依据研究中遇到的问题提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节等解决方案。
11、目前，国内超声波测距技术与国外同类技术相比差距很大，且产品功能不完善，集成电路的测量精度只能达到厘米级。但通过提高测量时间差的级别，并使用温度传感器进行温度补偿，测量精度有了很大提高，以可达到毫米级。国内主要的研究成果为：超声波回波处理，最小均方自适应时延估计算法【2】；一体化换能器；专用脉冲发生器。通过采用新技术使得超声波测距的精度和距离有了很大提高。目前，古大、飞鹰、百特等品牌在国内超声波测量方面比较出名，技术较为领先，但低端产品还是很多。国外对超声波探测技术的研究比较早，技术领先，产品较为齐全，性能相对稳定，测量精度较高，测量误差较小。其中国外品牌中以西门子、E+H、HAWK的产品较为齐
12、全，而且质量比较稳定，深受业界欢迎。2.总体方案设计及可行性2.1总体方案设计：本次设计包含硬件系统和软件系统，软件系统包括各种程序；硬件系统主要包括STC89C52单片机、输入/输出设备、外围应用电路等。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块（如图1所示）。电路结构可划分为：HC-SR04超声波控制电路、蜂鸣器、STC89C52控制电路。对于本次设计，其核心设计为单片机的设计，故此本次设计也是对单片机的一种应用。单片机系统的设计，包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。其中STC89C52为核心控制单元，是本次设计的重点。其次，本设计的另一个设计重点是对超声波模块的设
13、计，利用HC-SR04 超声波发射模块产生超声波，利用超声波接收模块接收超声波，通过检测HC-SR04的IO接口ECHO输出的高电平信号持续时间，利用公式（所测距离=高电平信号持续时间*当地声速/2）将探测的物体距离计算出来，然后利用单片机进行处理运算，再与设定值相比较，当检测距离小于设定值时，单片机发出指令控制蜂鸣器报警。系统总体设计方框图如图1所示。电源STC89C52主控制器模块超声波传感器模块按键控制4位数码管显示模块蜂鸣器报警模块图1 系统方框图2.2总体方案可行性：2.2.1理论基础在物理学中，我们已知振动频率高于20khz或低于20hz时，这样的声波不易被我们察觉。物理学中规定，
14、频率大于20khz的声波称之为超声波。这种特殊的声波，同样具有声波应有的物理特性，如折射、反射、干涉、衍射和散射。故此，在理论上，我们对于超声波有一定的了解，对于总体方案实现奠定了理论基础。2.2.2现实基础近几年来，随着导航系统、移动式机器人、机械加工制造自动化等方面的需求，自动测距系统日渐被人们所重视。超声波测距系统与其他测距系统相比有以下几点优势：（1）与声波相比，超声波的定向性比较好，且能量比较集中，传输过程中较不宜衰减，所以有较强的反射能力，易于被探测到回波。（2）与光学测距相比，其波速较小，易于测试近距离目标，且纵向分辨率较好。不易受色彩、光线、电磁场等的影响，抗干扰能力比较强。对于水文观测有较为独特的优势。（3）超声波传感器与其他传感器相比，结构较为简单，且费用比较低，信息易于处理，容易实现集成化和小型化。（4）单片机STC89C52是STC系列中应用较广的一款，集成化较高，易于实现测距系统的小型化。HC-SR04超声波测距模块灵敏度、定位精度较高。鉴于以上优势，对于总体方案的实现奠定了现实基础。3.硬件及单元电路设计 3.1主控模板及电路设计主控模板的最小系统电路如图2所示。 图2 最小系统电路
