西安航空职业技术学院
超声波测距仪课程
课程设计说明书
设计题目：超声波测距仪
专业：电子信息工程技术
班级学号：1002101
姓名：余新旺
指导教师：洪云飞
2011 年 11 月 23 日
教务处印制
西安航空职业技术学院
课程设计任务书
课题名称：超声波测距仪
设计内容：根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。
技术条件或要求：(1).了解超声波测距原理。
(2).制作实物
指导教师（签名）：教研室主任（签名）：
开题日期： 2011 年月日完
摘要本设计采用STC89C52单片机为核心,阐述了超声波测距的硬件和软件设计方法，制作出低成本、高精度、微型化带数字显示的超声波测距电路。整个电路采用模块化设计，由STC89C52单片机控制电路、超声波发射电路、接收电路、DS18B20温度补偿电路及LCD1602显示电路五部分组成。软件主程序由定时中断子程序、外部中断子程序两大部分组成。信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。经实验证明，这个电路软硬件具有设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，精确度高等特点，测量距离最大为 1.9m。可以有效地解决物体的短距离测量和避障。
关键词：超声波；STC89C52；DS18B20温度补偿
目录
1绪论 (1)
1.1课题设计目的及意义 (1)
1.1.1设计的目的 (1)
1.1.2设计的意义 (1)
1.2超声波测距电路的设计思路 (1)
1.2.1超声波测距原理 (1)
2电路方案设计与论证 (2)
2.1系统整体方案的设计 (2)
2.2距离测量 (3)
3 系统的硬件电路设计 (4)
3.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 (4)
3.1.1 51系列单片机的功能特点 (4)
3.1.2 单片机实现测距原理 (5)
3.2 超声波发射元件及电路 (5)
3.2.1 压电式超声波传感器 (5)
3.2.2 超声波发射电路 (6)
3.2.3 超声波接收电路 (6)
3.3 LCD1602显示电路 (7)
3.3.1 1602基本资源 (7)
3.3.2 1602硬件电路连接电路图如图3.5所示 (8)
3.4 DS18B20温度补偿电路 (9)
3.4.1 DS18B2的简介 (9)
3.5电路整体电路图 (9)
4 系统软件的设计 (10)
4.1 超声波测距仪的算法设计 (10)
4.2 主程序流程图 (10)
4.3软件的调试程序（见附录二） (11)
5系统制作与调试 (12)
5.1电路安装与调试 (12)
5.2测量数据 (12)
5.2.1测试方案 (12)
5.2.2测试数据 (12)
5.2.3实验误差分析 (13)
结束语 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
附录一电路整体电路图 (17)
附录二软件的调试程序 (18)
1绪论
1.1课题设计目的及意义
1.1.1设计的目的
随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广。如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。展望未来，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。测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。此超声波电路的设计能使我们在设计制作的过程中更加深刻理解超声波测距的原理及其优点。
1.1.2设计的意义
利用超声波传播受外界影响变化小，传播距离远，超声波测距能够达到很好的效果，此次电路设计，一方面能够对超声波的产生及传播有更加系统的理解，另一方面能够使自己将超声波传感器与其它电路连接共同运用的能力得到提高，为实现多个系统相结合打下扎实的基础。
1.2超声波测距电路的设计思路
1.2.1超声波测距原理
超声波发射头发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由超声波接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，表1.1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距环境温度变化高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
表1.1
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2电路方案设计与论证
2.1系统整体方案的设计
方案一：
根据设计要求综合各方面的因素，可采用AT89C52单片机作为主控制器，用LCD实现数字显示，cx20106a作为超声波接收解码芯片，40KHz超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如图2-1所示。
图2-1
方案二：
本设计主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。系统框图如图2.2所示。
图2-2
以上两种方案，方案一电路简单，用cx20106a作为接收电路容易搭建，但调试接收解调电路调试困难，很难将发射出的超声波信号接收解调出。方案二，要求对信号进行专门的放大、滤波。比较及整形，相比方案一用cx20106a作为接收电路，电路搭建麻烦，但接收容易，且加有温度补偿电路DS18B20并用LCD
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