基于51单片机的超声波测距系统本科毕业设计.docx

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基于51单片机的超声波测距系统本科毕业设计

本科生毕业论文

超声波测距系统的设计

毕业论文诚信声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业论文《超声波测距系统的设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。

论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。

本声明的法律结果由本人独自承担。

作者签名：

指导教师签名：

年月日

摘要

超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波。

超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。

正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。

随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。

系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。

硬件电路主要包括发射电路、接收电路、单片机电路、电源电路和显示电路，另外还有LCD控制电路和复位电路等。

我采用以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。

整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。

发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回，在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收，计数器停止工作并得到时间。

温度测量后送到单片机，通过程序对速度进行校正，结合两者实现超声波测距的功能。

软件程序由主程序、发射子程序、接收子程序、预置子程序、显示子程序等模块组成。

它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LCD上。

另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。

此外供电电源也会使测量差生很大的误差。

在设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。

【关键词】：

AT89S51超声波测距

Abstract

Isthefrequencyat20kHzultrasonicsoundwavesabove,itisamechanicalwave.Alsofollowthegeneralmechanicalultrasonicwavepropagationinelasticmedia,suchasreflectionandrefractionattheinterfacemediaintothemediaafterthedecayoccurs,suchasdielectricabsorption.Itisbecauseoftheseproperties,sothatultrasoundcanbeusedtomeasurethedistance.

Withincreasinglevelsoftechnology,ultrasonicrangingtechnologyiswidelyusedamongpeople'sdailyworkandlife.Designofthesystemconsistsoftwoparts,namelyhardwareandsoftwareprograms.Thehardwarecircuitincludesatransmittercircuit,areceivercircuit,themicrocontrollercircuit,apowersupplycircuitandadisplaycircuit,inadditiontotheLCDcontrolcircuitandaresetcircuit.IusedtoAT89S51core,low-cost,high-precision,miniaturizedultrasonicrangefinderdigitaldisplayhardwarecircuits.Theentirecircuitismodularindesign,thesignaltransmissionandreception,power,temperaturemeasurementanddisplaymodule.SignalamplificationanddetectionprobelaunchafterlaunchoutMCUtimerisstarted,theoriginalwaybackaftertheultrasoundwaslaunched,afteramplificationbandpassfilteringplasticandothersectors,thenthemicrocontrollerreceivesthecountertostopworkingandgetthetime.Afterthetemperaturemeasurementtothemicrocontroller,thespeedthroughtheprocessofcorrectingacombinationofbothtoachieveUltrasonicRangingfunction.Softwareprogramfromthemainprogram,launchsubroutinereceivessubroutine,presetroutines,subroutinesandotherdisplaymodules.Itcontrolsthemicrocontrollerfordatatransmissionandreception,atacertaintemperaturecorrectionofultrasonicvelocity,aswellasdataontheLCDdisplaycorrectly.Anotherprocedurecontrolsthemicrocontrollertoeliminatetheinfluenceoftheprobefortransmittingandreceivingultrasonicwaves.Accompaniedbytherelevantpartofthehardwareschematics,programflow.

Theactualenvironmentofgreatinfluenceontheultrasonicwave,suchasanexternalelectromagneticinterferencepowerinterferencechannelinterference,etc.,thetemperatureoftheairisalsoagreatinfluenceonthespeedoftheultrasonicwave.Besidesmeasuringthepowersupplyalsomakegreaterrorofpoorstudents.Redesignprocesstoconsiderthesefactors,andgivessomesolutions.

【Keywords】：

AT89S51UltrasonicwaveRanging

一、绪论

1.1课题研究的背景及意义

近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。

随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。

超声波指的是20kHz以上的声波。

超声波同样遵循一般机械波在介质中的传播规律，比如在介质的分界面处发生折射及反射现象，进入介质后而被介质吸收而发生衰减等。

正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。

随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。

一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。

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。

因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。

可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。

因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。

因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。

同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。

国外超声波测距仪技术领先，产品齐全，性能比较稳定，市场需求量大，测量精度高，测量误差小[1]。

1.2超声检测在国内发展综述

在基于传统的测距存在不可克服的缺陷。

例如，液面测量就是一种距离测量，一般的电极法是采用的差位分布电极，再通过电或脉冲来检测液面，但是电极长时间浸泡在水中或其他液体中，容易被腐蚀或者电解，从而失去灵敏性。

超声波具有方向性好、强度大等特点，因此利用超声波测距技术在工业控制、机器人定位、勘探测量和安全防范等领域得到了广泛的应用[2]。

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[3]。

通过简单的外围电路发和接收超声波，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本文主要研究内容

本系统硬件部分由AT89C51控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路DS18B2、声音报警电路和LCD显示电路组成。

汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89C51数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。

超声波测距器的系统框图如下图所示：

图1-1系统设计总框图

由单片机AT89C51编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。

一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。

超声波经障碍物反射回来，超声波接收头接收此信号，然后通过接收电路的处理，指定接收口就变为低电平，读取单片机中定时器的值。

由图1-2时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。

计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距