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1、 基于单片机的超声波测距系统的设计系 部：学生姓名：专业班级：学 号：指导教师： XXX 2011 年 3 月 26 日声 明本人所呈交的 基于单片机的超声波测距系统的设计 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日期： 2011、3、26 【摘要】超声波技术是一门各行各业都要使用的通用技术，它是通过超声波产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波指向性强，能量耗损缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常
2、用于距离的测量。利用超声波测距迅速、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，因此得到广泛应用。目前超声波技术广泛应用于各个工业部门的超声波探测、超声焊接、超声检测和超声医疗方面。本系统设计利用STC89C52RC为主控芯片，利用单片机程序产生40KHz方波信号，通过推挽放大驱动超声波发射器向外发射超声波信号，同时开始计时，超声波信号经障碍物反射后被超声波接收器接收，利用接收芯片接收并将信号传至单片机，单片机通过发射与接收之间的时间差，即可计算障碍物的距离。并通过程序的设计利用四位数码管将探测结果直观显示出来。基于单片机的超声波测距系统易实现，成本低，精确度高，
3、并且容易做到实时控制，具备较强的实用性。【关键词】：单片机，超声波，测距ABSTRACTSCM is an integrated circuit chip, ultra-large scale integrated circuit technology is used with data processing capabilities to the central processing unit CPU random access memory RAM, read-only memory ROM, a variety of I / O port and interrupt system, ti
4、mers / timer other functions (and possibly the display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexers, A / D converter circuit) into a single silicon wafer consisting of a small but complete computer system.SCM has a simple structure, control, light weight, etc., in the machiner
5、y and electronics, aerospace, metallurgy and many other areas of mining, and household appliances have been widely used, played a huge role.Ultrasonic point to strong energy dissipation is slow, the spread in the medium distance, and therefore frequently used ultrasonic distance measurement.Using ul
6、trasonic ranging rapid, convenient, simple computation and easy to do real-time control and measurement precision can be achieved in the practical requirements of industry, so widely used.Ultrasound technology is a common technique used in all walks of life to be, it is through ultrasound generation
7、, transmission and reception of the physical process of completion.Ultrasound technology is currently widely used in various industrial sectors of the ultrasonic probe, ultrasonic welding, ultrasonic testing and ultrasonic medical care.Ultrasonic distance measurement system based on single chip easy
8、 to implement, low cost, high accuracy and easy real-time control, with a strong practical.【KEY WORD】: microcontroller, ultrasound, ranging目 录引言1一、 超声波测距原理1（一）超声波发生器1（二）压电式超声波发生器原理1（三）超声波测距原理2二、单片机STC89C52RC3（一）单片机简介3（二）单片机引脚功能3三、系统的组成5四、系统的硬件设计5（一）超声波发射电路5（二）超声波接收电路6（三）超声波传感器7（四）显示电路8（五）复位电路9（六）时钟电
9、路10（七）电源电路10（八）单片机程序ISP下载接口11五、系统的软件设计11（一）主程序11（二）中断服务程序12（三）距离计算子程序13（四）显示子程序15六、电路安装调试16（一）实物焊接16（二）电路调试17结束语18参考文献19附录一 原理图20附录二 PCB图21附录三 元件清单22附录四 源程序24致 谢34引言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、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。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑
10、工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为距离测量的理想手段。一、 超声波测距原理（一）超声波发生器 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。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 （二）压电式超声
11、波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。图1 超声波发生器内部结构当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。（三）超声波测距原理在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：一种是取输出脉冲的平均
12、值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；另一种是测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，如图2所示，故被测距离为 S= vt2。本系统测量采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0MHz晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。图2 超声波测距原理假定S为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t（s），超声波传播速度为v
13、（m/s）表示，则有关系式(1) S=vt2 (1)在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。温度与声速的关系参照表1。v=3314+0607T (2)式中：T为实际温度单位为；v为超声波在介质中的传播速度单位为ms。考虑到实际环境的温度变化不是很大，以及技术有限，所以本设计使用关系式（1）作为参考公式。表1 一些温度下的声速温度与声速参照表温度T （）-30-20-100102030声速v （m/s)313319322331337344350二、单片机STC89C52RC（一）单片机简介本设计中选用的宏晶科技的STC89C52
14、RC型单片机是一种低功耗、高性能、采用CMOS工艺的8位微处理器，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容。片内8K Flash存储器可在线重新编程，或使用通用的非易失性存储器编程器。由于一般的距离测量中，距离的变化速度并不太快，而且单片机的机器周期可达s级，则其计时精度为s级，完全可以满足系统测量的要求，并且成本较低，所以本设计中选用STC89C52RC型号的单片机。STC89C52RC单片机,基于STC89C51内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统STC89C51,速度快812倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强。（二）单片机引脚功能STC89C52RC采用40Pin封装的双列直插DIP结构。40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。STC89C52RC的引脚图如图3所示，其引脚功能如下：1. Pin20:接地脚。2. Pin40:正电源脚，工作时，接+5V电源。3. Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。4. Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。5. STC89C52RC的时钟有两种方
