《基于52单片机的超声测距系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于52单片机的超声测距系统的设计（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目基于单片机的超声测距系统的设计学生姓名韩露学 号15011315院 系电子工程学院专 业应用电子系班 级150113指导教师丁向荣顾问教师俞学刚二一四年六月摘 要随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用成为研究热点，但就目前的水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限。因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89S52控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离。并且在数据处理中采用了温度补偿的调整，用四位LCD数码管切换显示距离和温
2、度。通过硬件和软件实现了个各个功能模块，此系统模块具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。实现后可应用于需要测量的测距参数的各种应用场合。关键词：AT89S52；超声波；测距；AbstractWith the rapid development of science and technology, the application of ultrasonic wave in the range finder has become a hot topic, but the current level of technology, people can use the spec
3、ific location is very limited. Therefore, it is a booming and technology and industry have unlimited prospects.The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89S52 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time,count t
4、he time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature compensation adjustment is used in the data processing, with four LCD nixie tubes display distance or temperature by switching.It has given the system constitution, the circui
5、try and the programming. The instrument system has features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications.Keywords:AT89S52;
6、Ultrasonic wave; Measure distance; 目 录摘 要IABSTRACTIII目 录V第一章 绪论11.1 单片机应用系统概述11.2 超声波测距系统概述21.3本设计任务的主要内容21.3.1 超声波测距仪设计21.3.2 硬件电路的设计21.3.3 样机实验测试31.3.4 误差分析3第二章 超声波测距的原理52.1 超声波的基本理论52.1.1超声波的传播速度52.1.2超声波的物理性质52.1.3超声波对声场产生的作用62.1.4 超声波传感器62.2 超声波测距系统原理7第三章 系统主要硬件设计93.1 方案论证与比较93.1.1 超声波发射电路93.1.
7、2 超声波接收电路103.2单片机主机系统电路123.2.1单片机电路133.2.2 复位电路143.2.3 时钟电路143.2.4 按键电路143.2.5 蜂鸣器电路143.3超声波发送电路153.4超声波接收电路163.5 温度采集DS18B20电路173.6 LCD显示电路173.7 电源电路18第四章 软件流程图21第五章 实验分析235.1 误差分析235.2 改进23第六章 总结与展望256.1总结256.2展望25致 谢27参考文献29第一章 绪论1.1 单片机应用系统概述单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进
8、入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。嵌入式系统无疑是当前最热门、最具有发展前景的IT应用之一。嵌入式系统的应用可以使传统的电子系统升级成为智能化的电子产品，使其成为具有“生命”的现代化智能系统。嵌入式系统一般应用于对实时响应要求较高的设备中，单片机作为嵌入式系统的核心部件，其应用使电子系统的智能化出现了意想不到的效果，常常无需对硬件资源做任何改动，只需更新系统软件就能使系统功能升级。现代社会中嵌入式系统无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个领域，主要可以归纳为以下几个方面
9、。（1）军事装备：各种武器控制（火炮控制、弹道控制、炮弹引信等），坦克、舰船、轰炸等各种电子装备，雷达、电子对抗、军事通讯装备等。（2）家用电器：各种家电产品，如数字电视、机顶盒、数码相机、VCD、DVD、可视电话、洗衣机、电冰箱、手机、智能玩具等。（3）工业控制：各种智能仪器仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系统、工业机器人、机电一体化设备、汽车电子设备等。（4）商用设备：各种收款机、POS系统、电子秤、条形码阅读器、商务终端、IC卡输入设备、自动柜员机、防盗系统等。（5）办公用品：复印机、打印机、传真机、扫描仪、手机、个人数字助理（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控变换机、网络设
10、备等。（6）医疗电子设备：各种医疗电子仪器，如X光机、超声诊断仪、心脏起搏器、监护仪器等，以及辅助诊断系统、专家系统等。单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。通常开发一个单片机系统的步骤如下：图 1-1设计步骤1.2 超声波测距系统概述在基于传统的测力距离存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。由于超声波具有强度大，方向性好等特点，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声
11、波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。1.3本设计任务的主要内容1.3.1 超声波测距仪设计 1） 测量距离6m； 2） 精度优于1%； 3） 进行温度补偿； 4） 显示方式采样LCD； 5） 具有抗干扰能量； 6） 体积小、
12、功耗低、便于嵌入到其他系统。1.3.2 硬件电路的设计 1) 方案的论证； 2) 元件的选择； 3) 用Protel 99SE绘制原理图。1.3.3 样机实验测试 1) 实验检查； 2) 测试数据。1.3.4 误差分析 1）误差的分析； 2）改进。第二章 超声波测距的原理2.1 超声波的基本理论 超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波的研究特别活跃。超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、
13、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。2.1.1超声波的传播速度超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：横波质点振动方向垂直于传播方向的波；纵波质点振动方向与传播方向一致的波；表面波质点振动介于纵波和横波之间。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。2.1.2超声波的物理性质当超声波传播到两种特性不同的介质的平面上时，一部分被反射；另一部分透射过界面，在相
14、邻的介质内部继续传播；这样的两种情况称之为超声波的反射和折射。(1) 超声波的反射和折射 当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的平面分界面上时，一部分超声波被反射；另一部分透射过界面，在相邻介质内部继续传播；这样的两种情况称之为超声波的反射和折射，如图2-1所示。图 2-1 声波反射 (2)超声波的衰减当超声波在一种介质中传播，其声压和声强按指数函数规律衰减。在平面波的情况下，距离声源x处的声压p和声强I的衰减规律如下： (3)超声波的干涉如果在一种介质中传播几个声波，于是产生波的干涉现象。若以两个频率相同，振幅和波程不等，波程差为d的两个波干涉为例。从上式看出，当d=0或d= （为整数）时，合成振幅达到最大值；当d= 时，合成振幅为最小值。由于超声波的干涉，在辐射器的周围形成一个包括最大最小的扬声场。2.1.3超声波对声场产生的作用(1) 机械作用超声波传播过程中，会引起介质质
