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1、- 毕业设计论文题 目：基于单片机的超声波测距仪. z.-摘 要在空气介质中超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆平安行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，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，如测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的开展具有十分重要的现实意义。本设计介绍了基于单片机控制的超声测距的原理：由STC89C52控制定时器产生一定频
2、率脉冲，计算从发射到接收回波时间，从而得到实测距离，数据处理采用，显示距离，语音播报。关键词：超声波，距离测量，语音播报，单片机. z.-ABSTRACTIn the air medium, ultrasonic range finder sensor because of its good performance, low price, convenient use, in the field of robot positioning system, automatic vehicle navigation, vehicle safety driving assist system, cit
3、y traffic management and management of expressway monitoring system, as well as river, well and warehouse and material level detection used in.Because the ultrasonic wave propagation is not susceptible to interference, energy consumption slow, medium of munication in the longer distance, which are o
4、ften used for ultrasonic distance measurement, such as the location and level measurement can be achieved by ultrasound.Therefore, in-depth study of ultrasonic generation and propagation, the development of high performance ultrasonic transducer and its transceiver circuit, the ultrasonic detection
5、technology development has very important real sense.This article introduces the design of control based on single chip ultrasonic ranging principle: control by STC89C52 timer produces a certain frequency pulse, calculated from transmitting to receiving echo time, so as to obtain the measured distan
6、ce, data processing using the temperature pensation, four digital tube display distance, voice broadcast.KEYWORDS: ultrasonic,range measurement,voice broadcast,singlechip. z.-目 录第1章 绪论1.1 课题设计目的及意义设计的目的设计的意义1.2 国外研究动态1.3 本课题研究的主要容第2章 总体方案2.1 方案选择2.2超声波测距仪的设计思路 超声波测距原理 超声波测距原理框图2.3 使用元件选择第3章 系统的硬件构造设
7、计3.1STC89C52单片机的功能及特点3.2单片机最小系统3.3 语音播报3.4显示单元第4章 系统的软件设计4.1 主程序流程图4.2 超声波发生子程序和超声波接收中断程序第5章 超声波测距接收5.1HC-SR04模块5.2T40、R40超声波传感器简介 超声波传感器的根本介绍 超声波传感器的主要应用 超声波传感器的工作原理5.3 超声波发射电路5.4 超声波接收电路5.5 超声波接收过程5.6 接收数据处理第6章总结致 参考文献附录1原理图附录2主要源程序诚信声明. z.-第1章 绪 论1.1课题设计目的及意义设计的目的随着科学技术的快速开展，超声波在测距中的应用越来越广。但就目前的急
8、速水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃开展而又有无限前景的技术及产业领域。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，因此超声波经常用于距离测量，如超声波测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比拟迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需求；继续开展采用低频线谱检测的潜艇拖拽线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合与前还工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；搭理降低潜艇自噪声，改善潜
9、艇声纳的工作环境。毋庸置疑，无线的超声波测距将于自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能开展到具有学习功能，最终开展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。设计的意义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、高可靠、长寿命等特点，所以超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场中的液位、井深、管进长度测量等场合。因此研究超声波测距系统有着很大的现实意义。对本课题的
10、研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。1.2 国外研究动态国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国一些学者也作了相关的研究。目前超声波测距方法主要有三种：1相位检测法：精度高，但检测围有限；2声波幅值检测法：易受反射波的影响；3渡越时间法：工作方式简单，直观。现在对超声波测距的精度主要取决于所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传输速度，二者中以传输时间的精度影响较大，所以大局部文献采用降低传输时间的不确定度来提高测距精度。温度对传感器的影响也很大，因此，需要用温度传感器进展校正，目前相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度
11、的方法。1.3 本课题研究的主要容超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波换能器。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波换能器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波换能器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，那么将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOFtime of flight。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，拟应用以下三种技术：a、单片机技
12、术：STC89C52系列的单片机具有体积小，重量轻，构造较为简单，本钱低廉，可以实现一般的控制功能的优点。而且单片机更适用应用于小型的嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。现代人类生活大局部电子和机械产品中都会集成有单片机。b、超声波测距技术：超声波测距技术与一般测距技术相比，具有操作方便、系统简单以及计算简单的优点。 c、显示技术：数据处理，数码管显示测出与物体之间的距离。d、语音模块技术：OTP芯片来语音播报距离。. z.-第2章 总体方案2.1 方案选择采用单片机来控制超声波测距，信号线发射到与超声波发射器相连的信号端，超声波发射器向既定方向发射，在发射的同时开场计时，超声波在空气中传播，
13、途中碰到障碍物将产生回波。2.2 超声波测距仪的设计思路 超声波测距原理超声波测距的方法有多种,如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测围有限，声波幅值检测法易受反射波的影响。本测距系统采用超声波渡越时间检测法。其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，那么有l=ct/2。超声波接收器收到反射波就立即停顿计时。再由单机计算出距离，送数码管显示测量结果。超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米15时。是接收超声波时刻
14、，是超声波声波发射时刻，得出的是一个时间差的绝对值，假定=0.03S，那么有340m0.03S=10.2m。由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：如图2-1为测距原理。图2-1测距原理因为/2角度较小,可以忽略不计，所以LS。 超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：(2-1)由于超声波也是一种声波，其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米秒。表2-1列出了几种温度下的声速。表2-1 声速与温度的关系表温度摄氏度3020100102030100声速米秒313319325323338344349386在使用时，如果温度变化不大，那么可认为声
15、速c是根本不变的，计算时取c为340m/s。如果测距精度要求很高，那么可通过改变硬件电路增加温度补偿电路的方法或者在硬件电路根本不变的情况下通过软件改良算法的方法来加以校正。 超声波测距原理框图超声波测距模块用HC-SR04，微处理器使用STC89C52单片机，显示局部采用共阳数码管。HC-SR04集成的发射电路模块发出超声波，遇到障碍物产生回波，被接收电路模块接收，STC89C52单片机统计出声波传输所用时间，经过温度补偿温，计算出正确的待测距离，同时OTP语音芯片根据相关数据处理进展组合播报当前测试距离，并且由数码管显示。图2-2 超声波测距系统构造图2.3 使用元件选择由于测量距离的精度和长度要求不是很高，精度到达2cm，测量距离到达2m即可，因此超声波模块选用价格低廉且实用的HC-SR04即可。 控制核心局部选择实用的STC89C52
