基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文.docx

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基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文

基于51单片机的超声波测距仪

之倒车雷达作品设计毕业论文

摘要:

超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，他广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。

本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及STC公司的STC89C52的单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。

该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。

关键词：

单片机；液晶显示；报警；测距

Ultrasonicdistancemeasurementbasedonsinglechip 

Abstract:

Ultrasoundhasastrongpoint,theenergyconsumptionoftheslowspreadoftheadvantagesofdistance,sotheuseofsensortechnologyandautomaticcontroltechnology,theprogramcombinesdistance,ultrasonicdistancemeasurementisthemostcommonone,andhe widelyusedinsecurity,parkingsensor,waterlevelmeasurement,constructionsitesandsomeindustrialsites. 

Thissubjectintroducestheprinciplesandcharacteristicsofultrasonicsensors,andmicrocontrollerSTC89C52STC'sperformanceandcharacteristics,andtheanalysisoftheultrasonicdistancemeasurementbasedontheprinciplethatthelackofdesignrangingsystemandmakeimprovements,will intoaccounttheerrorduetotemperatureandshouldbeamendedtoSTC89C52givenlow-costmicrocontrollerasthecore,high-accuracy,liquidcrystaldisplayultrasonicrangingsystemofhardwareandsoftwaredesignmethods. Thesystemcircuitdesignisreasonable,stable,goodperformance,fastdetectionofsimplecalculationandcanbedesignedtoachievethealarmrangeoffunctionstoachieveprecisioninthemeasurementrequirementsforindustrialuse. 

Keywords:

microcontroller;LCDdisplay;alarm;ranging

1绪论

1.1研究的背景

单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。

单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面，如空调、VCD机、手机、微波炉、自动洗衣机及汽车电子设备等。

单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。

它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。

所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。

同时，随着社会的发展和进步，超声波测距系统日益重要，应用范围迅速扩大，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，在较恶劣的环境（如含粉尘）具有一定的适应能力，因此用途极度广泛。

在测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位、井深、管道长度等场合应用比较普遍。

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。

1.2研究的主要内容

课题《基于单片机的超声波测距》由51单片机最小系统、超声波测距模块、驱动显示电路、5伏直流稳压电路、温度传感器等组成。

利用超声波测距模块HC-SR04测量距离，并对数据进行分析处理，传给51单片机，再通过1602LCD显示出来，同时电源部分采用5V稳压直流电源。

1.3应解决的关键问题

1、对主要硬件电路设计、制作实物时拟解决的关键问题是：

温度等外界干扰对测距精度的影响。

2、超声波测距采用软件编程实现，通过仿真验证其正确性。

2电路方案论证

2.1方案比较

2.1.1激光测距

激光测距一般采用两种方式来测量距离：

脉冲法和相位法。

脉冲法测距的过程：

测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。

相位法测距的过程：

用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经过往返测线所需的时间。

2.1.2超声波测距

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射电到障碍物的实际距离，可见这与雷达测距原理相似。

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.2电路总体方案

图2.1是电路总体框图，包括51单片机最小系统，HC-SR04超声波测距模块，1602LCD显示电路，蜂鸣器，按键电路，5V电路。

图2.1电路基本框图

3单片机概述

3.1STC89C52主要性能

STC89C52是STC公司推出的一款超强抗干扰，加密性强，在线可编程，高速，低功耗CMOS8位单片机。

片内含8kbytes的可反复擦写Flash只读程序存储器和256bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS－51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

3.2STC89C52外部结构及特性

其外形封装有两种方式：

双列直插式40脚封装（DIP）和方形44脚封装（PLCC），直插式40脚封装（DIP）和外部总线结构如图2和图3所示：

图3.1STC89C52引脚排列图3.2外部总线

STC89C52的4个8位I/O口的功能说明如下：

（1）P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

（2）P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

（3）P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

（4）P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INTO（外部中断0输入口）

P3.3INT1（外部中断1输入口）

P3.4TO（定时器0外部输入）

P3.5TI（定时器1外部输入）

P3.6WR（外部数据存储器写选通信号）

P3.7（外部数据存储器读选通信号）

3.3STC89C52内部组成

STC89C52单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、看门狗和多种功能的I/O口设备的等，相当于一台计算机所需要的基本功能部件。

STC89C52单片机内包含的具体部分如下：

一个8位CPU。

一个片内振荡器及时钟电路。

8KBFlash程序存储器。

256BRAM数据存储器。

三个16位定时器/计数器。

可寻址64KB的外部数据存储器和64KB的外部程序存储器空间的控制电路。

32条可编程的I/O线（4组8位并行I/O端口）。

一个可编程全双工串口通信。

8个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

STC89C52单片机的框图如图3.3所示，各功能部件由内部总线连接在一起。

图3.3STC89C52单片机框图

4超声波测距模块

4.1超声波传感器介绍

超声波是一种频率比较高的声音，由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而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。

超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位