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1、目录摘要ABSTRACT前言第一章 绪论1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题研究的目的和意义 1 1.2.1 课题研究的目的 1 1.2.2 课题研究的意义 2 1.3 单片机简介及发展 2 1.3.1 单片机简介 2 1.3.2 单片机的发展 3 1.4 本论文完成的主要研究工作 4第二章 超声波测距的原理52.1 超声波测距介绍 5 2.2 压电式超声波发生器原理 5 2.3 超声波测距原理 5第三章 超声波测距仪硬件系统设计 7 3.1 超声波测距仪的功能设计 7 3.2 设计分析 7 3.3 硬件电路设计 7 3.3.1 STC89C52RC单片机简介 7 3.3.2 STC89
2、C52的最小系统模块 9 3.3.3 发射及接收电路11 3.3.4 显示电路16 3.3.5 声光报警电路17第四章 超声波测距仪软件系统设计19 4.1 开发环境Keil uVision4软件介绍19 4.2 超声波测距仪程序设计19 4.2.1 主程序20 4.2.2 外部中断子程序22 4.2.3 显示程序22第五章 硬件电路焊接调试与误差分析24 5.1 系统完整电路图绘制24 5.2 电路的焊接25 5.3 运行结果27 5.4 误差分析27 5.4.1 不同障碍物表面材料的不同介质引起的误差27 5.4.2 超声波模块的感应角的影响27 5.4.3 当地声速对测量精度的影响分析2
3、8结论29总结与体会30谢辞31参考文献32附录A 原理图33附录B 元件清单35附录C 源程序36附录D 外文资料49附录E 中文翻译54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。目前超声波技术广泛应用于各个工业部门的超声波焊接、超声波检测和超声医疗方面。超声波测距系统的低成本，高精度和便于实时控制，基于单片机实现容易，具有很强的实用性。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，如测距仪和物位仪等都可以通过超声波来实现。该测距仪采用HC-SR04超声波模块实现超声波的发射与接收，LCD显示电
4、路、报警电路和单片机为该测距仪的核心单元。超声波测距仪要求测量范围在2cm-400cm,测量精度2cm内，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。关键字：超声波传感器；测距仪；STC89C52；LCD显示电路ABSTRACTKeywords:Ultrasonic sensors,range finder,STC89C52,LCD display circuit 前言超声波测距是一种非接触式的检测方式。由于超声波的指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波可以用于距离的测量，与电磁或光学的方法相比，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测对象处于黑暗、灰尘、烟雾、
5、电磁干扰、有毒等恶劣环境下有一定的适应能力。因此，在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其中回波信号中包含的沿传播方向上的信号很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其他方法高。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。近年来，随着超声波测距技术研究的不断深入和超声波防尘、防雾、非接触式的特有优点逐渐为人们所重视，超声测距的应用变得越来越普及。目前，超声测距技术己广泛地应用于机械制造、电子冶金、航海、宇宙、石油化工、交通等工业领域，大部分的超声波应用问题都可以统一到超声波测距问题上来。于是，超声波测距
6、这个古老而前沿的课题又重新焕发出蓬勃的生命力。深入研究超声波测距的相关技术及方法，对超声波检测的应用和普及更具体重要的现实意义。第一章 绪论1.1 课题研究背景超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制、建筑工程测量和机器人避障等方面得到广泛的应用。和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用【1】。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性
7、，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些 问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。1.2 课题研究的目的和意义1.2.1 课题研究的目的 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信技术
8、相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外传感器、压力传感器等等，其中，超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制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，并且测量精度较高。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例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中应用越来越广。但就目前技术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
9、领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。对本课题的研究与设计，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。1.2.2 课题研究的意义由于超声波在空气中波速较慢，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，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，具有很高的分辨力，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【2】。因
10、此超声测距广泛应用于倒车雷达、物体识别等方面，特别是应用于空气测距。超声波测距利用声波反射原理，避免传感器直接与介质接触，是一种传统而实用的非接触测量方法。与红外、激光及无线电测距相比，它具有结构简单、可靠性能高、价格便宜、安装维护方便等优异特性。在近距范围内超声测距具有不受光线、颜色以及电、磁场的影响和指向性强的优点，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低。但由于超声波传播时难于精确捕捉，温度对声速影响等原因，使超声测距的精度受到很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求较高场合下的应用。1.3 单片机简介及发展1.3.1
11、 单片机简介单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单
