超声波测距仪的设计毕业论文

毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。

本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。

2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。

具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。

一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。

发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。

脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。

接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。

接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。

超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。

距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。

超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。

4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。

以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。

一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。

此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。

脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。

常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。

信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。

摘要随着社会的开展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。

还有在很多要XX时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。

于是，一种新的测距方法诞生了——非接触测距。

超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。

而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。

超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。

目前对于超声波准确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的准确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。

在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。

此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。

随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断开展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。

目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。

与其他测距方法相比拟，超声测距具有下面的优点：〔1〕超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。

〔2〕超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。

〔3〕超声波传感器构造简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。

因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。

关键词：超声波；测距；电子电路AbstractWith the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method can't finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional method is also difficult to perform a plete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people.At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material science, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in.Along with the puter technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is being more and more importantpared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages:(1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identify transparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body).(2) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and can be used in the dark, dust or smoke, electromagnetic interference is strong, such as toxic bad environment.(3) ultrasonic sensor simple structure, small volume, low cost, technical difficulties small, information processing, simple and reliable easy to miniaturization and integration. Performance optimization; Performancesimulation; Automatic exchange optical network Key Words:Ultrasonic；ranging；electronic circuit目录第1章绪论 (1)1.1课题背景及设计意义11.2 本课题研究的主要内容 (3)第2章系统方案论证42.1 超声波测距仪的设计原理 (4)2.2 超声波测距技术选型 (4)2.3 控制器选型 (6)2.3.1 单片机选型82.3.2 AT89S51主要性能参数及功能92.4 超声波发生器选型 (9)2.5 超声波接收传感器选型 (10)2.6 显示单元选型 (11)2.7 语音播报电路选型 (11)2.8 温度传感器的选型 (12)第3章系统的硬件构造设计 (13)3.1 单片机最小系统 (13)3.2 超声波发射电路 (14)3.3 超声波检测接收电路 (16)3.4 显示单元电路 (18)3.5 语音播报电路 (20)3.6 电源电路设计 (21)第4章系统的软件设计 (23)4.1超声波测距仪的算法分析 (23)4.2主程序流程图 (24)4.3超声波发生子程序和超声波接收程序 (25)第5章系统调试仿真 (27)5.1PROTEUS软件简介 (27)5.2 仿真调试结果 (29)第6章总结与展望 (30)参考文献 (31)致谢错误!未定义书签。

超声波测距仪设计论文毕业论文目录前言.............................................. 错误!未定义书签。

第一章超声波测距系统工作原理 (3)第一节超声波概述 (3)第二节超声波传感器简介 (4)一、压电式超声波传感器 (4)第三节超声波传感器原理 (6)一、测距原理 (6)二、超声波测量中盲区及近限和远限 (6)三、提高测距仪的措施 (7)第四节超声波测距仪系统设计 (8)一、论文设计容 (8)二、硬件设计容 (8)第五节本章小结 (9)第二章系统硬件设计 (10)第一节电路原理设计 (10)一、设计总体思路 (10)第二节主要元器件介绍 (10)一、单片机STC89C52 (10)二、超声波传感器HC-SR04 (12)三、显示电路LCD1602 (14)四、按键电路 (21)五、下载电路 (21)第三节本章小结 (22)第三章系统软件设计 (24)第一节软件设计总体方案 (24)一、主程序设计总体思路 (24)二、测距子程序软件设计 (25)三、显示程序设计 (26)四、按键程序设计 (28)第二节本章小结 (30)第四章超声波测距的误差分析 (31)第一节超声波测距测量结果 (31)一、测量结果 (31)二、误差分析 (31)第二节本章小结 (33)结论.............................................. 错误!未定义书签。

致谢.............................................. 错误!未定义书签。

参考文献.. (34)附录 (35)一、英文原文 (35)二、英文翻译 (41)三、电路图 (46)四、源程序 (47)第一章超声波测距系统工作原理第一节超声波概述声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。

在科学史上，声学是发展最早的学科之一。

1 绪论之阿布丰王创作以后社会经济的不竭发展和工业科学技术的不竭提高,汽车已逐渐进入很多苍生家.汽车使用数量的不竭增加,从而由此招致的倒车交通平安问题也非常严重,路途交通压力增加,交通平安问题也是面临严峻挑战.在面临如此严峻的交通平安问题,许多涉及平安问题的汽车辅助系统也纷纷现世.而本设计就是利用单片机知识、传感器知识等,进行的汽车防撞装置的设计,在汽车倒车时,这种装置可以在驾驶员对车尾与障碍物体的距离远近无法目测和判断时进行报警.1.1 课题布景及意义我国社会经济的不竭发展,人们对汽车这种交通工具的依赖性也越来越年夜,招致了车辆的日益增加在给城市交通不竭施加压力的同时,也引发了非常多行车的平安问题.一些由驾驶员反应不够迅速而招致的汽碰擦,还有很多时候是由于驾驶员对离障碍物的距离判断禁绝确而造成的,如果驾驶员能提前知道障碍物的存在而且知道障碍物的距离,那么驾驶员就能及时地采用办法,从而能防止事故的发生.因此,许多平安系统也应运而生,诸如为了防止交通事故发生的主动平安系统和在发生事故时的防护平安的主动平安系统,而主动平安系统对汽车交通事故的发生能起到防止的作用,所以,主动平安系统的研究更为重要.随着汽车数量的增加,停车场的数量也急剧增加,停车车辆密集,停车人多,所以汽车碰撞亦逐渐增多.而本设计的汽车防撞装置就是主动平安系统,通过对汽车与障碍物之间距离的提示报警防止汽车与障碍物之间的擦碰.本设计要求设计的汽车防撞装置能减少驾驶员的驾驶压力和判断毛病,使驾驶员停车倒车更加平安方便,本设计将对提高交通平安起到重要作用.本设计基于单片机实现汽车防撞,将超声波测距和传感器联系在一起,利用单片机的实时控制和数据处置功能丈量并显示汽车与障碍物之间的距离,并在分歧距离利用蜂鸣器分歧频率发出分歧声音及时报警.这样驾驶员就能通过测距的显示甚至分歧的声音来直接判断汽车玉障碍物之间的距离.本设计的设计简易,虽然精度不高,还不能丈量过远的距离,但规模小,外围电路简单,调试也方便,本钱也不高,器件更换容易,灵活性高,而且能完全满足驾驶员停车时的需要,可以完全解除驾驶员在倒车过程中的顾虑和困扰,提高停车的平安.汽车防撞装置这种汽车平安辅助装置能年夜年夜减少汽车驾驶员在倒车的时候顾虑和对距离判断的失误,从而能够防止倒车的平安问题的发生,故此装置对提高交通平安将起到重要的作用.所以,本课题所要求设计的基于单片机的汽车防撞装置将具有极年夜的现实意义和市场.1.2 国内外研究现状本汽车防撞装置包括有单片机控制电路、超声波测距传感器、蜂鸣器报警电路及数码管显示部件等,装置将各部件有机地结合起来,实现超声波测距及蜂鸣器报警提示的功能.倒车雷达系统的开始是以蜂鸣器报警为标识表记标帜的.汽车离障碍物距离越近,蜂鸣器报警声越急,蜂鸣器报警虽然使驾驶员知道有障碍物的存在,但却不能确定汽车车尾离障碍物有多远,所以,蜂鸣器报警对驾驶员帮手不是很年夜；之后一个质的飞跃就是液晶屏显示的呈现,特别是液晶显示开始呈现静态显示系统,驾驶员就是只要发动车辆,而且不用挂倒挡,液晶显示器上就会呈现汽车图案以及汽车与周围的障碍物的距离,液晶显示是静态显示,液晶显示器的外表美观,显示的色彩也很清晰,而且可以直接粘贴在仪表盘上,装置也很方便[1].不外由于液晶显示的灵敏度比力高,而且它的抗干扰能力也不是很强,所以误报的情况也较多.现在市面上的魔幻镜倒车雷达应该算是比力先进的倒车雷达了,它结合了前几代产物的优点,并采纳了最新仿生超声雷达技术,并用高速电脑控制,可全天准确地进行探测2m以内的障碍物,并以分歧的声音提示和直观的距离显示来提醒驾驶员；魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提德律风、温度显示和车内空气温度显示等多项功能整合在一起[1],并设计了语音功能,因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,可以直接装置在车内倒视镜的位置,而且它样式种类繁多,可以依照个人需求和车内装饰选配,固然它的价格也是比力贵的[1].最新的一代倒车雷达是整合影音系统,除具备前几代倒车雷达的功能外还兼有影音系统[1].随着科学技术水平的迅速发展,相关电子技术也是飞跃前进,固然,汽车电子财富也获得飞速发展,电子财富的飞速发展使得车载电子平顺产物有很年夜的发展前景.倒车雷达固然是每辆车必备的电子平顺产物,如今市面上的主流的汽车倒车雷达基本都是以单片机芯片为控制核心的智能测距报警系统.这些的倒车雷达能够连续测距并显示汽车与障碍物之间的距离,而且采纳蜂鸣器的分歧频率的鸣叫声进行报警提示和距离显示提示,从而能够尽量不占用驾驶员的视觉空间[1].另外,汽车电子系统的网络化的发展还要求作为汽车行驶平安辅助系统的倒车雷达要具有通信功能,并能够把数据发送到汽车总线上去[2].就目前市面上的产物来讲,目前的汽车倒车雷达主要是具备数码管或者液晶屏的距离显示而且带有蜂鸣器的语音报警为主的汽车平安系统.这些系统主要采纳的是以单片机为控制核心的智能超声波测距传感器和蜂鸣器报警系统,这种汽车平安辅助系统廉价耐用,而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求.1.3 课题研究内容及章节安插本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采纳的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的丈量的.本设计的汽车防撞系统能丈量出倒车方向的障碍物与汽车之间的距离, 并通过数码管显示单位模块显示两者之间的距离,然后通过蜂鸣器发出分歧频率的声响, 从而起到提示和报警的作用.本系统利用一片89S51单片机对超声波信号循环不竭地进行收集.系统包括超声波测距单位（超声波集成模块）、89S51单片机控制、蜂鸣器报警模块和数码管显示模块.这个设计的汽车倒车雷达要能够连续测距,数据经过单片机的处置后,用4位数码管显示所丈量获得的距离,并利用分歧频率使蜂鸣器发出分歧的鸣叫声进行语音报警.论文构成主要由以下部份组成：第1章主要介绍了本课题的布景意义和相关技术在国内外的研究现状.第2章介绍的是汽车防装系统的总体方案设计.首先介绍汽车防撞系统的设计要求,然后分别对测距传感器的选择和显示报警系统的方案设计做了介绍,最后提出本系统的总体的设计方案,为硬件系统的设计打下了基础.第3章对硬件系统的设计进行了介绍.首先对超声波传感器的工作原理进行了分析,然后具体讨论了超声波测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路的硬件设计,最后介绍了显示模块电路和蜂鸣器报警电路的设计.第4章主要是对系统的软件设计进行了介绍.在软件设计中采纳分歧模块分歧编程进行设计的,本设计分别对系统的主法式模块、中断子法式模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块和数码管的显示模块的各个法式进行了设计.第5章是硬件的组装及其性能进行分析.首先对实物进行硬件排版组装和焊接,然后讨论了系统的性能发生的误差.第6章是对本设计的总结和展望.最后一章对全文进行了总结,并指明了系统设计的缺乏之处,最后也对本系统的倒车雷达报警系统的发展前景进行了展望.2 总体方案论证本章从系统方案等一些方面来进行论证.本设计主要是进行距离的丈量和报警,设计中涉及到的内容较多,主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、4位数码管显示模块这几个模块结合起来.而本设计的核心是超声波测距模块,其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的,测距模块是利用超声波传感器,之后选择合适单片机芯片,以下就是从相关方面来论述的. 2.1 设计方案论证2.1.1 测距传感器（1）激光测距传感器激光传感器利用激光的方向性强和传光性好的特点,它工作时先由激光传感器瞄准障碍物发射激光脉冲,经障碍物反射后向各个方向散射,部份散射光返回到接受传感器,能接受其微弱的光信号,从而记录并处置光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离,即用往返时间的一半乘以光速就能获得距离.其优点是丈量的距离远、速度快、丈量精确度高、量程范围年夜,缺点是对人体存在平安问题,而且制作的难度年夜本钱也比力高[3].（2）红外线测距传感器红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的分歧则其反射的强度也分歧,根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行丈量的.其优点是本钱昂贵,使用平安,制作简单,缺点就是丈量精度低,方向性也差,丈量距离近[3].（3）超声波传感器超声波是一种超越人类听觉极限的声波即其振动频率高于20kHz的机械波.超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换,当超声波传感器发射超声波时,发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去,当接收超声波时,超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片.超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传布等优点,而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距[4].在中、长距离丈量时,超声波传感器的精度和方向性都要年夜年夜优于红外线传感器,但价格也稍贵.从平安性,本钱、方向性等方面综合考虑,超声波传感器更适合设计要求.根据对以上三种传感器性能的比力,虽然能明显看出来激光传感器是比力理想的选择,可是它的价格却比力高,而且平安度不够高.而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间,因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头.2.2 系统方案此方案选择51单片机作为控制核心,所测得的距离数值由4位共阳极数码管显示,与障碍物之间的分歧距离利用蜂鸣器频率的分歧报警声提示,超声波发射信号由51单片机的P0.1口送出到超声波发射电路,将超声波发送出去,超声波接收电路由CX20106A芯片和超声波接收探头组成的电路构成,报警系统由蜂鸣器电路构成.本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠,从而能防止干扰,可以很好的提高系统的可靠性.本设计的汽车防撞装置的系统框图如图2.1所示.图2.1 汽车防撞装置的系统框图本设计由Keil编程软件对51单片机进行编程,51单片机在执行法式后由P0.1端口发生40kHz的脉冲信号通过74LS04电路进行放年夜并送到到超声波发射探头,发生超声波.在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断按时器,利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间.当接收回射的超声波时,接收电路的输出端发生负跳变输出到单片机发生中断申请,执行外部中断子法式计算距离.结合各方面的因素考虑,依据设计的要求,查阅相关数据资料,选择了超声波测距传感器TR40-16Q（其中T暗示超声波发射探头,R暗示超声波接收探头）,综合考虑设计的要求出于简便角度,选用了HC-SR04超声波集成模块.此超声波模块的最年夜探测距离为 5 m,精度可以达到0.3cm,盲区为2cm,而且发射扩散角不年夜于15°,更有利于测距的准确性.而且,此模块的工作频率范围为39 kHz～41 kHz左右,完全能在40 kHz工作频率工作.由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的,所以发射探头和接收探头必需在同一条水平行直线上,这样才华准确地接收反射的回波.而由于丈量的距离分歧和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传布的过程中的超声波衰减问题,发射探头和接收探头距离不成以太远,而且还要防止发射探头对接收探头在接收信号时发生的干扰,所以二者又不能靠得太近.根据对相关资料查阅,将两探头之间的距离定在5cm～8cm最为合适.本设计所用的HC-SR04模块的超声波探头之间的距离年夜约在6 cm左右.3 硬件电路设计本设计的汽车防撞装置由51单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、4位共阳极数码管、蜂鸣器组成.汽车防撞系统的测距是利用超声波测距的原理,在单片机内部法式的控制下,由超声波发射探头发射超声波,在超声波遇到障碍物时反射到超声波接收探头,由此回应到单片机,由单片机进行中断处置和数据的处置,计算出距离,由数码管显示距离,并由蜂鸣器报警提示.本设计的硬件电路分为五部份：单片机最小系统、超声波发射和接收电路、蜂鸣器报警电路和数码管显示电路.3.1 单片机系统设计3.1.1 单片机的选择一般在系统的设计傍边,能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适,而单片机更是是系统控制的核心,所以对单片机的选择更是异常重要.如果选择了一个合适的单片机不单可以最年夜地简化系统的把持,而且其功能可能是最好的,可靠性也比力高,对整个系统来说更方便.目前,市面上的单片机的种类繁多,而且他们在功能方面也是各自有各自的特点.在一般的情况下来讲,在选择单片机时要需要考虑的几个方面有[5]：（1）单片机最基赋性能参数指标.例如：执行一条指令的速度、法式存储器的容量,I/O口的引脚数量等.（2）单片机的某些增强的功能.（3）单片机的存储介质.例如：对法式存储器来说,最好选用的是Flash的存储器.（4）单片机的封装形式.封装的形式多种多样,例如：双列直插封装、PLCC封装及概况贴附等.（5）单片机对工作的温度范围的要求.例如：在进行设计户外的产物时,就必需要选用工业级的芯片,以达到温度范围的要求.（6）单片机的功耗.例如,如果信号线取电只能提供几mA的电流,所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的.（7）单片机在市面上的销售渠道是否疏通、其价格是否廉价.（8）单片机技术的支持网站如何,卖家提供的芯片资料是否足够完善,是否包括了用户手册,设计方案举例,相关范例法式等.（9）单片机的保密性是否很好,单片机的抗干扰的性能如何等.51系列单片机它在指令系统、硬件结构和片内资源等方面与标准的52系列的单片机可以完全的兼容.51系列的单片机执行速率快(最高时钟频率为90MHz),功耗低,在系统、在应用可编程,不占用用户的资源[5].根据本系统设计的实际要求,选择AT89S51单片机做为本设计的单片机使用,它是由ATMEL公司生产的高性能、低功耗的CMOS 8位单片机.89S51单片机具有以下几个性能特点：4 k字节的闪存片内法式存储器,128字节的数据存储器,32个外部输入和输出口,2个全双工串行通信口,看门狗电路,5个中断源,2个16位可编程按时计数器,片内震荡和时钟电路且全静态工作并由低功耗的闲置和失落电模式[5].单片机的引脚功能图如图3.1所示.图3.151单片机的引脚功能图3.1.2 单片机引脚功能（1）电源引脚Vcc（40脚）：正电源的引脚,工作电压是5V.GND（20脚）：接地端.（2）时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2为了发生时钟信号,在89S51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放年夜器,其中XTAL1端口就是片内反相放年夜器的输入端,XTAL2端则是片内振荡器反相放年夜器的输出端 [5].单片机使用的工作方式是自激振荡的方式,XTAL1和XTAL2外接的是12MHz 的石英晶振,使内部振荡器依照石英晶振的频率频率进行振荡,从而就可以发生时钟信号.时钟信号电路如图3.2所示.图3.2 时钟信号电路（3）复位RST（9脚）当振荡器运行时,只要有有两个机器周期即24个振荡周期以上的高电平在这个引脚呈现时,那么就将会使单片机复位,如果将这个引脚坚持高电平,那么51单片机芯片就会循环不竭地进行复位[5].复位后的P0口至P3口均置于高电平,这时法式计数器和特殊功能寄存器将全部清零[5].本课题设计的单片机复位电路如图3.3所示.图3.3 单片机复位电路图（4）输入输出口（I/O口）引脚P0口是一个三态的双向口,既可以作为数据和地址的分时复用口,又可以作为通用输入输出口[5].P0口在有外部扩展存储器时将会被作为地址/数据总线口,此时P0口就是一个真正的双向口；而在没有外部扩展存储器时,P0口也可以作为通用的I/O接口使用,但此时只是一个准双向口；另外,P0口的输出级具有驱动8个LSTTL负载的能力即输出电流不小于800uA[5].P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,而P1口只有通用I/O接口一种功能,而且P1口能驱动4个LSTTL负载；在使用时通常不需要外接上拉电阻就能够直接驱动发光二极管；在端口置1时,其内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入端口用[5].对输出功能,在单片机工作的时候,可以通过用法式指令控制单片机引脚输出高电平或低电平[5].例如：指令CLR是清零的意思,CLR P1.0的意思就是让单片机的P1.0端口输出低电平；而指令SETB是置1的意思,SETB P1.0的意思就是让单片机P1.0端口输出高电平[5].P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,而且P2口具有驱动4个LSTTL负载的能力[5].P2端口置1时,内部上拉电阻将端口的电位拉到高电平,作为输入口使用；在对内部的Flash法式存储器编程时,P2口接收高8位地址和控制信息,而在访问外部法式和16位外部数据存储器时,P2口就送出高8位地址[5].在访问8位地址的外部数据存储器时,P2引脚上的内容在此期间不会改变[5].P3口也是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口能驱动4个LSTTL负载,这8个引脚还用于专门的第二功能[5].P3口作为通用I/O口接口时,第二功能输出线为高电平.P3口置1时,内部上拉电阻将端口电位拉到高电平,作输入口使用；在对内部Flash法式存储器编程时,此端接控制信息[5].P3口的第二功能,如表3.1所示[5].表3.1 P3口第二功能表（5）其它控制或复用引脚（a）ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输出端.在访问片外存储器时,ALE（地址锁存允许）以每机器周期两次进行信号输出,其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址；在不访问片外存储器的时候,ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6),而在访问片外数据存储器时,ALE脉冲会跳空一个,此时是不成以做为时钟输出[5].对片内含有EPROM的机型在编程时,这个引脚用于输入编程脉冲/PROG的输入端[5].（b）/PSEN（29脚）：片外法式存储器读选通信号输出端,低电平时有效.当89S51从外部法式存储器取指令或常数时,每个机器周期内输出2个脉冲即两次有效,以通过数据总线P0口读回指令或常数.但在访问片外数据存储器时,/PSEN将不会有脉冲输出[5].（c）/EA/Vpp（31脚）：/EA为片外法式存储器访选用端.当该引脚访问片外法式存储器时,应该输入的是低电平,要使89S51只访问片外法式存储器,这时该引脚必需坚持低电平；而在对Flash存储器编程时,用于施加Vpp编程电压[5].3.1.3单片机最小系统单片机最小系统是其他拓展系统的最基本的基础,单片机最小系统是指一个真正可用的单片机最小配置系统即单片机能工作的系统.对80S51单片机,由于片内已经自带有了法式存储器,所以只要单片机外接时钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了.单片机的最小系统如图3.4所示.图3.4 单片机最小系统原理图3.2 超声波发射和接收电路设计超声波是一种振动频率超越20 kHz的机械波,它可以沿直线方向传布,而且传布的方向性好,传布的距离也较远,在介质中传布时遇到障碍物在入射到它的反射面上就会发生反射波[6].由于超声波的以上几个特点,所以超声波被广泛地应用于物体距离的丈量、厚度等方面[6].而且,超声波的丈量是一种比力理想的的非接触式的测距方法[6].当进行距离的丈量时,由装置在同一水平线上的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收,而且同时启动按时器进行计数[7].首先由超声波发射探头向倒车的方向发射超声波并同时启动按时器计时,超声波在空气中传布的途中一旦遇到障碍物后就会被反射回来,当接收探头收到反射波后就会给负脉冲到单片机使其立刻停止计时[6.7].这样,按时器就能够准确的记录下了超声波发射点至障碍物之间往返传布所用的时间t（s）[7].由于在常温下超声波在空气中的传布速度年夜约为340m/s[7],所以障碍物到发射探头之间的距离为：S=340×t/2=170×t因为单片机内部按时器的计时实际上就是对机器周期T的计数,而本设计中时钟频率fosc取12MHz,设计数值N,则：T＝12/f osc=1μst=N×T＝N×0.000001（s）S＝170×N×T＝170×N/1000000（m）在法式中按式S＝170×N×T＝170×N/1000000计算距离.3.2.1 超声波发射电路设计超声波发射电路是由超声波探头和超声波放年夜器组成.超声波探头将电信号转换为机械波发射出去,而单片机所发生的40 kHz的方波脉冲需要进行放年夜才华将超声波探头驱动将超声波发射出去,所以发射驱动实际上就是一个信号的放年夜电路,本设计选用74LS04芯片进行信号放年夜,超声波发射电路如图3.5所示.图3.5 超声波发射电路。

毕业设计（论文）题目:超声波测距仪专业:机电一体化班级:04413学号:23姓名:万继余指导老师:罗垂敏成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月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，它广泛应用于防盗、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Atmel公司的AT89C51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思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C51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、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。

关键词：超声波单片机测距A T89C51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。

摘要随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。

还有在很多要时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。

于是，一种新的测距方法诞生了——非接触测距。

超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。

而且超声波传播速度在相当大围与频率无关。

超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。

目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体气孔大小的检测和机械部损伤的检测等。

在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。

此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。

随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。

目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。

与其他测距方法相比较，超声测距具有下面的优点：（1）超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。

（2）超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。

（3）超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。

因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。

关键词：超声波；测距；电子电路AbstractWith the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method can't finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional method is also difficult to perform a complete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people.At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material science, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in.Along with the computer technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is becoming more and more important Compared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages:(1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identifytransparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body).(2) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and can be used in the dark, dust or smoke, electromagnetic interference is strong, such as toxic bad environment.(3) ultrasonic sensor simple structure, small volume, low cost, technical difficulties small, information processing, simple and reliable easy to miniaturization and integration. Performance optimization; Performance simulation; Automatic exchange optical networkKey Words:Ultrasonic；ranging；electronic circuit目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景及设计意义 (1)1.2 本课题研究的主要容 (2)第2章系统方案论证 (4)2.1 超声波测距仪的设计原理 (4)2.2 超声波测距技术选型 (4)2.3 控制器选型 (6)2.3.1 单片机选型 (7)2.3.2 AT89S51主要性能参数及功能 (8)2.4 超声波发生器选型 (8)2.5 超声波接收传感器选型 (9)2.6 显示单元选型 (9)2.7 语音播报电路选型 (10)2.8 温度传感器的选型 (10)第3章系统的硬件结构设计 (12)3.1 单片机最小系统 (12)3.2 超声波发射电路 (13)3.3 超声波检测接收电路 (15)3.4 显示单元电路 (16)3.5 语音播报电路 (18)3.6 电源电路设计 (20)第4章系统的软件设计 (22)4.1 超声波测距仪的算法分析 (22)4.2 主程序流程图 (22)4.3 超声波发生子程序和超声波接收程序 (24)第5章系统调试仿真 (26)5.1 PROTEUS软件简介 (26)5.2 仿真调试结果 (27)第6章总结与展望 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录程序清单 (32)第1章绪论利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。

超声波测距仪论文romoting the construction of rule of law, but also the most basic development environment. Despite my good social order in General, but there are law-abiding consciousness, social order is not standard, regardless of faith, Twining visit visit and other outstanding problems. We want to actively promote the field of multi-level governance according to law, promote the continuous improvement of the social environment. To promote universal compliance. Actively foster the rule of law culture, carry out law publicity and education on honesty and trustworthiness, guide the masses and consciously abide by the law, failing to find method, problem-solving method, method of gradually changing the world, he is not looking for but someone "unspoken rules", formed all law law, abide by the good atmosphere. To strengthen the comprehensive management of public security. Deepening peace xingan construction, strongly against violence crime, mafia and seriouscriminal offences, to protect the legitimate rights and interests of citizens, legal persons, carry out criminal policy of temper justice with mercy, the maximum stimulating social vitality, and earnestly safeguard social harmony and stability. To resolve social conflicts by law. To further smooth channels of reporting social conditions andpublic opinion, improving regulation, arbitration, as well 班级 08341学号 08341035题目超声波测距仪的设计学院长安学院专业电气工程及其自动化学生姓名吴青青导师姓名邹洼牢romoting the construction of rule of law, but also the most basic development environment. Despite my good social order in General, but there are law-abiding consciousness, social order is not standard, regardless of faith, Twining visit visit and other outstanding problems. We want to actively promote the field of multi-level governance according to law, promote the continuous improvement of the social environment. To promote universal compliance. Actively foster the rule of law culture, carry out law publicity and education on honesty and trustworthiness, guide the masses and consciously abide by the law, failing to find method, problem-solving method, method of gradually changing the world, he is not looking for but someone "unspoken rules", formed all law law, abide by the good atmosphere. To strengthen the comprehensive management of public security. Deepening peace xingan construction, strongly against violence crime, mafia and seriouscriminal offences, to protect the legitimate rights and interests of citizens, legal persons, carry out criminal policy of temper justice with mercy, the maximum stimulating social vitality, and earnestly safeguard social harmony and stability. To resolve social conflicts by law. To further smooth channels of reporting social conditions andpublic opinion, improving regulation, arbitration, as well romoting the construction of rule of law, but also the most basic development environment. Despite my good social order in General, but there are law-abiding consciousness, social order is not standard, regardless of faith, Twining visit visit and other outstanding problems. We want to actively promote the field of multi-level governance according to law, promote the continuous improvement of the social environment. To promote universal compliance. Actively foster the rule of law culture, carry out law publicity and education on honesty and trustworthiness, guide the masses and consciously abide by the law, failing to find method, problem-solving method, method of gradually changing the world, he is not looking for but someone "unspoken rules", formed all law law, abide by the good atmosphere. To strengthen the comprehensive management of public security. Deepening peace xingan construction, strongly against violence crime, mafia and seriouscriminal offences, to protect the legitimate rights and interests of citizens, legal persons, carry out criminal policy of temper justice with mercy, the maximum stimulating social vitality, and earnestly safeguard social harmony and stability. To resolve social conflicts bylaw. To further smooth channels of reporting social conditions andpublic opinion, improving regulation, arbitration, as well 毕业设计(论文)诚信声明书本人声明:本人所提交的毕业论文《超声波测距仪的设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明;有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。

超声波测距仪毕业论文中文摘要电子测距仪要求测量范围在50cm~500cm，测量精度1cm，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。

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。

如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。

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。

因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

我的超声波测距仪设计采用74hc04反相器和CX20106搭接电路实现了超声波的发射与接收。

采用AT89C51单片机为该测距仪的控制核心，此设计易于调试，成本低廉，具有很强的实用价值和良好的市场前景。

关键词：超声波传感器，单片机，测距仪ABSTRACTElectronic distance measurement instrument for measurement in the range of 20cm-2.5m, precision 1cm, with the measurement of the measured object without direct contact, can clearly demonstrate the stability of the measurement results. Because of the strong point of ultrasonic energy consumption, slow, medium of communication in the longer distance, which are often used for ultrasonic distance measurement. Such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by ultrasound. Ultrasonic ranging, can be applied to car parking, construction sites and some industrial site location monitoring, and can also be used for liquid level, depth, pipe length measurement occasions. Use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient, simple, easy to achieve real-time control, and measurement accuracy can meet the practical requirements of industry. In the mobile robot has been developed on a wide range of applications. My car anti-collision anti-theft alarm system design using 74hc04inverter and CX20106lap circuit to realize the ultrasonic transmitter and receiver. Using AT89C51 SCM as the control core of the range finder, this design easy debugging, low cost, has the very strong practical value and good market prospects. Key words: ultrasonic sensor, single chip microcomputer, range finder,目录第一章绪论 .............................................................................................................................................. - 1 - 1.1 设计项目概述 ..................................................................................................................................... - 1 - 1.2 设计要求 ............................................................................................................................................. - 1 - 1.3 超声波测距原理 ................................................................................................................................. - 1 - 第二章超声波测距仪的内容及意义 ...................................................................................................... - 3 - 2.1 超声波测距仪的意义 ......................................................................................................................... - 3 - 2.2超声波测距仪的内容 .......................................................................................................................... - 3 - 第三章系统方案选择 .............................................................................................................................. - 3 - 3.1 方案一 ................................................................................................................................................. - 4 - 3.2 方案二 ................................................................................................................................................. - 4 - 3.3 方案确定 ............................................................................................................................................. - 4 - 第四章系统硬件电路设计 ...................................................................................................................... - 4 - 4.1单片机模块 .......................................................................................................................................... - 4 -4.1.1 AT89C51标准功能 .................................................................................................................. - 5 -4.1.2管脚说明................................................................................................................................... - 6 - 4.2超声波谐振频率调理电路模块 .......................................................................................................... - 7 - 4.3超声波回路接收处理电路模块 .......................................................................................................... - 8 - 4.4数码管显示模块 .................................................................................................................................. - 8 - 第五章系统软件程序设计 ...................................................................................................................... - 9 -5.1 超声波测距程序设计 ......................................................................................................................... - 9 - 5.2 超声波测距流程图 ........................................................................................................................... - 10 - 第六章系统软硬件调试 ........................................................................................................................ - 10 -6.1 硬件调试 ........................................................................................................................................... - 10 - 6.2 软件调试 ........................................................................................................................................... - 11 - 6.3 测试结果 ........................................................................................................................................... - 11 - 第七章调试中遇到的问题 .................................................................................................................... - 11 -7.1 发射接收时间对测量精度的影响分析 ........................................................................................... - 11 - 7.2 当地声速对测量精度的影响分析 ................................................................................................... - 12 - 总结 ........................................................................................................................................................ - 13 - 参考文献 .................................................................................................................................................. - 14 -附录A ....................................................................................................................................................... - 0 - 附录B ........................................................................................................................................................ - 0 - 致谢 ........................................................................................................................................................ - 6 -第一章绪论声波在其传播介质中被定义为纵波。

毕业设计（论文）标题：超声波测距系统设计系部：电子工程系专业：应用电子技术班级：高电子0501班株洲职业技术学院教务处制目录摘要...........................................................................(Ι) 1、绪论 (1)1．1超声波传感器的类型 (2)1．2压电式超声波发生器原理 (2)1．3超声传感器的特性 (3)1．4速度影响因素及其补偿 (3)1．5超声波测量距离的原理 (3)2、超声波测距仪总体结构 (5)2．1主控芯片的选择 (5)2．2单片机AT89S51 的外围电路 (7)3、超声波发射 (10)3．1 多谐振荡器特点 (10)3．2非对称式多谐振荡器工作原理 (10)3．3超声波发射电路 (11)4、超声波接收 (13)4．1接收放大器的方案设计 (13)4．2超声波接收电路 (13)5、测温芯片AD590 (15)5．1 AD590简介 (15)5．2 AD590的工作原理的内部结构 (16)5．3 测温电路的设计 (17)6 系统软件设计 (18)6.1 系统软件结构 (18)结论 (19)参考文献 (20)附录 (21)后记 (30)摘要文中介绍了一种以单片机AT89S51作为主控制器，最终用7段数码管显示测量距离的超声波测距仪的设计方法。

在设计中通过检测超声波信号从发送到接收的时间间隔t，计算出测量距离s。

但是考虑到超声波传播速度受温度的影响较大，因此系统中还采用了温度传感器AD590来检测周围环境温度，对超声波的传播速度进行温度补偿，提高测量的精度。

本设计是以单片机为核心的测距仪器，可以实现预置、多端口检测、显示等多种功能,并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠。

从而实现直接的查看距离值、显示、输出控制的功能。

关键词：超声波；测距；测量误差；温度补偿； AT89S511 绪论虽着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。

摘要随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。

在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

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，因而超声测距技术的研究和开发具有实际意义。

本文介绍了一种利用超声波测距的系统，该系统是一种基于STC12C2052 单片机的超声波测距系统，它根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为检测部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。

该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。

通过单片机的I/O口控制超声波发射电路发出40KHz的超声波，反射波经由超声波检测接收电路、放大电路送入单片机外部中断端，通过计算超声波的发射和返回的时间，确定超声波发生器和反射物体之间的距离，完成测距。

该系统可实现4米内测距，盲区20厘米。

关键词：超声波；测距；单片机AbstractWith the development of society, the demand on the measurement of distance or length is increasing. It is applied widely by ultrasonic to measure distance,such as cars reversing radar，range finder and level measurement and so on.Because of the strong point of ultrasonic, low energy consumption,long distance transporting in media, thus it is practical and significant to measure distance by ultrasonic.In this paper ,it introduces a system to measure distance by ultrasonic,which is based on the STC12C2052.The theory is based on the principles of reflection of ultrasonic spreading in the air. The system uses ultrasonic sensors as a detector, and applies MCU and the time difference of ultrosonic spreading in the air to measure the distance. The system consists of the main controller module, ultrasonic transmitter module, ultrasonic receiver module and display module. The MCU I / O port controls ultrasonic transmitter to send 40 KHz ultrasonic, and the reflecting singal is received by the ultrasonic receiver circuit, and it is amplified,and finally,it starts the interruptor of the MCU.The MCU calculates the time of launch and return of ultrasonic to get the disctance between the ultrasonic generator and the reflective objects. The range of measurement is within four meters,with the blind spot of 20 cm。

本科毕业设计（论文）摘要本设计采用以AT89S58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和软件设计方法。

整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接受子程序、显示子程序、语音播报子程序等模块组成。

发射模块发射超声波，接受模块接受回波，单片机计算距离，显示测量结果。

各探头的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。

在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

超声波测距今年来得到了广泛的应用。

本设计的优点在于超声波明显特征是方向性好，穿透性强。

尤其是在光不透明的固体中，它碰到杂质或分界面就有显著地反射。

用超声波测距离时通过测量发射的超声波与接受到被测物体反射的回波之间的时间差来确定的。

关键词：AT89S51，超声波，测距Wireless Transmission of Ultrasonic RangefinderAbstractAt the core of the design using AT89S51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.A precision measuring distance design using ultrasonic technology is introduced in the article. Upon ultrasonic, good diretional ity and deep penetrability are two pearentfeatures, especially in nontrans parent solid body. Trasonic measurement the equation of time which is caused by the flexed return wave.Key words: AT89S51, Silent Wave, Measure Distance目录第一章绪论 (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超声波测距仪的现状和发展 (1)1.2.1发展历史 (1)1.2.2 研究现状 (3)1.3本课题研究的主要内容 (3)第二章系统方案论证 (4)2.1超声波测距仪的设计思路 (4)2.1.1超声波测距原理 (4)2.1.2超声波测距仪原理框图 (4)2.1.3课题设计的要求 (4)2.2超声波测距方法的选择 (4)2.3超声波发生器选择 (6)2.4超声波接受传感器 (6)2.5显示单元选择 (6)2.6语音播报电路选择 (7)2.7温度传感器的选择 (7)第三章系统的硬件结构设计 (9)3.1 AT89S51单片机的功能及特点 (9)3.1.1主要性能参数 (9)3.1.2功能特性概述 (9)3.2单片机最小系统 (10)3.3单片机测距原理 (11)3.4超声波发射电路 (12)3.5超声波检测接收电路 (13)3.6温度补偿电路 (14)3.7显示单元电路 (15)3.7.1 12864液晶资料 (16)3.7.2 12864液晶基本特性 (16)3.8语音播报电路 (17)3.9无线发射与接收电路 (18)3.9.1APC240无线通信模块主要特点 (18)3.9.2APC240无线通信模块主要技术指标 (19)第四章系统的软件设计 (20)4.1超声波测距仪的算法设计 (20)4.2主程序流程图 (20)4.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (22)4.4系统的软硬件的调试 (24)总结 (25)致谢 (27)参考文献 (28)附录一超声波测距电路原理图 (30)附录二程序清单 (31)第一章绪论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，超声波将在测距仪中的应用越来越广。

超声波测距毕业设计论文超声波测距毕业设计论文引言：在现代科技的推动下，各种测距技术得到了广泛的应用，其中超声波测距技术因其高精度、非接触等特点而备受关注。

本文将探讨超声波测距技术在毕业设计中的应用，并对其原理、方法和实验结果进行详细介绍。

一、超声波测距的原理超声波测距是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。

超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度与介质的密度和弹性有关。

在超声波测距中，通常使用超声波发射器发射一束超声波，经过被测物体后，超声波被接收器接收到。

通过测量超声波的传播时间，即可计算出被测物体与发射器的距离。

二、超声波测距的方法1. 时间差法时间差法是最常用的超声波测距方法之一。

该方法通过计算超声波从发射器到接收器的传播时间差来确定距离。

具体实现时，发射器发射超声波后，接收器开始计时，当接收到超声波信号后停止计时。

通过测量计时器的数值，可以得到超声波的传播时间，从而计算出距离。

2. 相位差法相位差法是另一种常用的超声波测距方法。

该方法通过测量超声波在传播过程中的相位差来确定距离。

具体实现时，发射器发射超声波信号，在接收器接收到超声波信号后，通过计算超声波信号的相位差，可以计算出距离。

三、超声波测距的应用超声波测距技术在工业、医疗、安防等领域都有广泛的应用。

1. 工业领域在工业领域，超声波测距技术可用于测量物体的距离、厚度、速度等参数。

例如，可以用于测量液体中的液位，以便控制液体的供应和排放；还可以用于测量物体的厚度，以便判断物体是否合格。

2. 医疗领域在医疗领域，超声波测距技术被广泛应用于超声诊断。

通过超声波的反射和传播时间，可以获取人体内部组织和器官的图像，从而实现对疾病的诊断和治疗。

3. 安防领域在安防领域，超声波测距技术可用于人体检测和距离测量。

例如，可以用于人体检测门的设计，以便实现对人员进出的自动控制；还可以用于测量人员与设备之间的距离，以便实现对人员的安全保护。

超声波测距仪的设计本科毕业论文本科毕业论文超声波测距仪的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

毕业论文超声波测距系统设计目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 国内外发展状况和需改进的地方 (1)第二章超声波测距原理 (4)2.1 超声波简介 (4)2.2 超声波传感器 (5)2.3 超声测距原理 (6)2.4 盲区处理 (8)第三章超声波测距系统硬件设计方案论证 (9)3.1 方案一 (9)3.2 方案二 (9)3.3 方案三 (10)3.4 方案确定 (10)第四章超声波测距系统硬件设计思路及调试 (12)4.1 设计要求 (12)4.2 超声波测距系统的结构框图 (12)4.3 各功能模块电路介绍 (13)4.3.1 超声波产生电路 (13)4.3.2 驱动电路模块 (14)4.3.3 接收放大电路模块 (15)4.3.4 峰值检波模块 (16)4.3.5 电压比较器模块 (17)4.3.6 电平转换模块 (18)4.3.7 温度测量模块 (19)4.3.8 键盘显示电路 (21)4.4 超声波测距系统硬件调试 (26)第五章超声波测距系统软件设计及调试 (27)5.1 超声波测距系统程序设计流程 (27)5.1.1 主程序设计流程 (27)5.1.2 距离计算流程 (29)5.2 软件调试 (30)第六章超声波测距系统最终调试 (31)第七章总结 (33)7.1 研究结论 (33)7.2 本系统的不足和需改进的地方 (33)参考文献 (34)致谢 (34)附录A 超声波测距系统硬件电路图 (35)附录B 超声波测距系统软件程序 (36)第一章绪论1.1 课题背景及意义利用超声波测量己知基准位置和目标物体表面之间距离的方法，称为超声波测距法。

利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。

超声波测距仪设计论文毕业论文目录前言.............................................. 错误!未定义书签。

第一章超声波测距系统工作原理 (3)第一节超声波概述 (3)第二节超声波传感器简介 (4)一、压电式超声波传感器 (4)第三节超声波传感器原理 (6)一、测距原理 (6)二、超声波测量中盲区及近限和远限 (6)三、提高测距仪的措施 (7)第四节超声波测距仪系统设计 (8)一、论文设计容 (8)二、硬件设计容 (8)第五节本章小结 (9)第二章系统硬件设计 (10)第一节电路原理设计 (10)一、设计总体思路 (10)第二节主要元器件介绍 (10)一、单片机STC89C52 (10)二、超声波传感器HC-SR04 (12)三、显示电路LCD1602 (14)四、按键电路 (21)五、下载电路 (21)第三节本章小结 (22)第三章系统软件设计 (24)第一节软件设计总体方案 (24)一、主程序设计总体思路 (24)二、测距子程序软件设计 (25)三、显示程序设计 (26)四、按键程序设计 (28)第二节本章小结 (30)第四章超声波测距的误差分析 (31)第一节超声波测距测量结果 (31)一、测量结果 (31)二、误差分析 (31)第二节本章小结 (33)结论.............................................. 错误!未定义书签。

致谢.............................................. 错误!未定义书签。

参考文献.. (34)附录 (35)一、英文原文 (35)二、英文翻译 (41)三、电路图 (46)四、源程序 (47)第一章超声波测距系统工作原理第一节超声波概述声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。

在科学史上，声学是发展最早的学科之一。

编号南京航空航天大学毕业设计题目高精度超声波测距仪的设计和实现学生姓名周洋学号080520220 学院理学院专业应用物理学班级0807201 指导教师许凌云讲师二〇一一年六月南京航空航天大学本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目: 超声波测距仪的设计和实现)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果｡尽本人所知,除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品｡作者签名: 年月日(学号):超声波测距仪的设计和实现摘要超声波是指频率在20kHz以上的声波,它属于机械波的范畴｡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｡硬件电路主要包括单片机电路､发射电路､接收电路､显示电路和温度补偿电路,另外还有复位电路和通讯电路等｡硬件电路以AT89S52单片机为核心,并具有低成本､微型化､带LCD液晶显示等特点｡整个电路采用模块化设计,由信号发射和接收､温度测量､显示､语音播报等模块组成｡发射探头的信号发射出去,单片机的计时器开始计时,然后当单片机接收回波时,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｡软件程序主要由主程序､预置子程序､发射子程序､接收子程序､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,实现数据显示在LCD上｡关键词:AT89S52,超声波,传感器,测距仪,温度补偿,LCDDesign and Implementation of Ultrasonic RangeFinderAbstractSound frequencies above 20kHz is called Ultrasound, it belongs to the scope of mechanical wave.Ultrasound can also follow the general mechanical wave propagation in an elastic medium, as in the medium occurs at the interface reflection and refraction, absorption of the medium into the medium occurred after attenuation. Ultrasound can be used for distance measurement with these properties. With the continuous improvement of technological level, ultrasonic distance measurement techniques are widely used in daily work and life.System design includes two parts, namely, hardware and software programs. Hardware circuit includes a microcontroller circuit, transmitter circuit, receiver circuit, display circuit and temperature compensation circuit, in addition to reset circuit and communication circuit. AT89S52 microcontroller is the core of hardware which is low cost,miniaturization,with LCD liquid crystal display and so on. The modular design of the livelong circuit contains the signal transmission and reception, temperature measurement, display, voice broadcast and other modules.The microcontroller timer starts time when the probe launch ultrasound, after the original ultrasound was reflected, ultrasound will be incepted by the probe,then microcontroller stop working and get time. After sending the temperature'measurement to the microcontroller, process of correction will revise the speed.It can achieve the function of ultrasonic ranging by combining the anterior time and speed. Main software program include preset subroutine, subroutines launch, receive routine, display routines and other modules. It controls the microcontroller to send and receive data, velocity correction on the ultrasonic at a certain temperature, data displaying on the LCD.Key Words:AT89S52,Ultrasonic wave,Ensor,Range Finder,Tempearture compensation,LCD目录摘要 (ⅰ)Abstract (ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 现阶段本课题相关研究现状 (1)1.3 本课题相关说明 (3)第二章超声测距技术方案分析 (4)2.1 超声与超声的特性 (4)2.2 超声的应用 (5)2.3 超声波传感器 (5)2.3.1 超声波传感器的原理及结构 (5)2.3.2 超声波传感器的种类 (7)2.3.3 超声波发射器 (8)2.3.4 超声波接收器 (8)2.4 超声测距原理 (9)2.4.1 超声测距原理 (9)2.4.2 超声波测量中盲区及近限和远限 (10)2.4.3 提高测距仪性能的方法 (11)2.5 超声测距系统的主要参数 (12)2.5.1 传感器的指向角 (12)2.5.2 测距仪的工作频率 (12)2.5.3 声速 (13)2.5.4 发射脉冲宽度 (13)2.5.5 测量盲区 (13)第三章超声波测距系统硬件部分设计 (15)3.1 概述 (15)3.2 各功能模块介绍设计 (16)3.2.1 单片机处理单元 (16)3.2.2 发射模块 (19)3.2.3 接收模块 (21)3.2.4 语音播报模块 (22)3.2.5 温度补偿模块 (24)3.2.6 无线传输模块 (25)第四章超声波测距系统软件部分设计 (27)4.1 超声波测距仪的算法设计 (27)4.2 主程序流程图 (28)4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (29)第五章系统实现与检验 (31)5.1 硬件组实物图 (31)5.2 功能测试 (33)5.2.1 测试环境 (33)5.2.2 测试结果 (35)5.3 超声波测距误差分析 (35)5.3.1 发射接收时间以及当地声速对测量精度的影响分析 (35)5.3.2 提高精度的方案及系统设计 (36)第六章结束语 (38)参考文献 (39)致谢 (40)附录 (41)第一章绪论1.1 选题背景及意义超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法,和激光､涡流和无线电测距方法相比,具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,在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,因此在工业控制､建筑测量､机器人定位方面得到了广泛的应用｡但由于超声波传播声时难于精确捕捉,温度对声速的影响等原因,使得超声波测距的精度受到了很大的影响,限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用｡距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,测距成为数据采集中要解决的一个问题｡而由于超声波的速度相对光速小的多,其传播时间比较容易检测,并且易于定向发射,方向性好,强度好控制,因而人类采用仿真技能利用超声波测距｡超声波测距是一种利用超声波特性､电子技术､光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法｡因为它是非接触式的,所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用｡比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离｡目前基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求也越来越大,如油库和水箱液面的精确测量和控制,物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等｡本文结合超声波精确测距的需要,进行了系统的硬件和软件设计,分析了影响超声测距精确度的多种因素,来有效提高测距系统的精度｡1.2现阶段本课题相关研究现状F.GALton在1876年进行了气哨实验,代表着人类第一次产生的高频声波｡而我国于1956年开始超声的大规模研究｡迄今,我国对超声已经广泛地在的各个领域得到发展和应用,特别要提出的是,其中一些项目能够与国际水平相接近｡超声波测距与定位技术是关于声学以及仪器科学的综合性大学科,由超声波换能器､超声波发射和接收电路､控制电路等组成了利用超声波来测量距离值｡目前在各个领域中都得到了使用,并取得了很好的成果｡R.Kuc.[1]提出了三维的仿生声纳系统,系统可以利用超声波自动的寻找被测目标物体｡它共有五个超声传感器构成这个系统最主要的感知装置｡发射超声波的换能器安装在十字架交叉点,有四个换能器用来接收超声波共分别安装在十字架的边缘位置上｡这样,被测目标的距离与方位能够依据空间几何关系就能算出｡R.X.Gao和C.Li[2]研制了专门为盲人服务的超声测距系统,该系统利用微处理器的作为主控制芯片,回波包络采用特殊的发射波形来获得,设置一定的回波阈值电平采用自动增益的控制放大器放大回波波形,这些措施有效的提高超声波的探测精度｡G.Bucci和 ndi[3]提出了一种对于输入超声波信号的功率谱算法,该算法利用了信号进行傅里叶变换后功率谱密度中所包含的信号特征确定回波的前沿,更加精确的确定渡越时间｡R.Demirli,J.saniie[4]的文章是利用峰值出现的时刻来估算出信号的传播时间,从而提出相关估计法,这个方法又叫做通过匹配的方式来得到结果,在这里主要用到了返回波信号的幅值与形状｡如果在这个过程中,波形没有畸变,且高斯白噪声叠加在返回波上,则此方法的精确度均高于阈值检测法｡F.Devand,G.Hayward和J.Soraghan[5]受蝙蝠在夜空中捕食启发,提出了一种具有独特优点的自适应超声成像聚焦系统,对超声成像中图象畸变的消除有重要价值,提高超声图像的分辨率通过使用重叠的频率调制信号｡此使用了不同频率的超声波｡基本理论基础是使用时间和频率信息并且通过改进的算法来解决频域中的合成干涉图,因此该超声成像系统在三维空间有高分辨率的特点｡国内一些学者也作了相关研究｡同济大学设计了基于伪随机码的时延两步相关估计法[6]｡该方法采用PRBS(伪随机二进制信号序列)作为发送信号,通过求互相关函数确定传播时间,由此达到非常高的抗干扰能力｡引入PRBS还节约了用于计算互相关函数通常所必需的乘法｡此外还设想并实现了一个两步相关法以减少处理时间｡借助于数学分析阐述了PRBS的生成,特点和参数选择｡这些思路在测量装置上得以实现｡通过用模拟的噪声信号进行的测试结果表明,测量装置具有很强的抗干扰能力｡哈尔滨工业大学分为两次进行粗测距和精测距[7]｡粗测距先大概估测测距范围,具体的操作是先发送一串超声波,回波信号在控制器计算分析处理｡根据处理的结果设定尽可能合理的鉴幅阂值｡精测距是在此基础之上控制器发送另一串超声波,按照在粗测距中设定的阂值,精测距中的回波前沿被捕捉,实现精确测距目的｡中国科学院上海声学实验室[8]文章介绍两个不同频率的超声波在测距的时候先后被发射出去,其中频率较大的超声波用于测量较近的距离,对回波信号进行分析处理,并自动设定合理的鉴幅阂值,再发送频率较小的测较远的距离,捕捉回波前沿某一固定位置的信号,从而达到精确测距之目的,这样可实现在较大的范围内实现较高的测距精度｡这样,把远程测距与近程测距分开进行,就可以克服测距范围与测距精度之间的固有矛盾｡目前,超声技术和扩频通信技术的结合在某些方面已经得到了应用｡西北工业大学应用扩频原理设计了一种液位测量系统,可控声源被使用在其中[9]｡从国内外研究状况可以看出,影响超声波检测精度的因素是测量的超声波传输时间和超声波在介质中的传播速度｡国内外的研究成果使得超声波检测的精度得到了提高,这些处理方法都得到了很好的效果｡由于超声波也是一种声波,其声速V与温度有关｡在使用时,如果传播介质温度变化不大,则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的｡如果对测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正｡声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离｡1.3本设计相关说明根据设计要求并综合各方面因素,可以采用AT89S52单片机作为主控制器[10.11],超声波驱动信号用单片机的定时器完成,其中硬件部分主要由单片机主系统及超声波发射模块､超声波接受模块､温度补偿模块､语音播报模块､LCD显示模块几部分组成｡采用AT89S52来实现对各个子模块的控制｡由单片机计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,结合超声波声速通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离,并将距离和温度补偿模块所测得的环境温度在LCD屏幕上予以显示｡软件部分主要有主程序､超声波发生子程序､超声波接收中断程序及显示子程序｡具体的硬件､软件设计细节,将在本文第三章和第四章中详细阐述｡第二章超声测距技术方案分析2.1 超声与超声的特性声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象｡当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限(根据大量实验数据统计,取整数为20000赫兹)时,人们就会觉察不出周围声的存在,因而称这种高频率的声为“超”声｡人的听觉范围如图2.1所示｡图2.1 人的听觉范围超声波的特性有:(1)束射特性由于超声波的波长短,超声波射线可以和光线一样,能够反射､折射,也能聚焦,而且遵守几何光学上的所有定律｡即超声波射线从一种物质表面反射时,入射角等于反射角,当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射现象,也就是要改变它的传播方向,两种物质的密度差别愈大,则折射率也愈大｡(2)吸收特性声波在各种介质中传播时,随着传播距离的增加,其强度会逐渐减弱,这是因为介质要吸收掉它的部分能量｡对于同一介质,声波的频率越高,介质吸收就越强｡对于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸收尤为历害,在液体中传播时吸收就比较弱,在固体中传播时吸收是最小的｡(3)超声波的能量传递特性超声波之所以能在各个工业部门中得到广泛的应用,主要原因还在于比声波具有强大得多的功率｡为什么有这么强大的功率呢｡因为当声波进入某一介质中时,由于声波的作用使物质中的分子也随之振动,振动的频率和声波频率—样,分子振动的频率决定了分子振动的速度｡频率愈高速度愈大｡物资分子由于振动所获得的能量除了与分子本身的质量有关外,主要是由分子的振动速度的平方决定的,所以如果声波的频率愈高,也就是物质分子愈能得到更高的能量｡超声波的频率比普通声波要高出很多,所以它可以使物质分子获得很大的能量;换句话来说,超声波本身就可以供给物质分子足够大的功率｡(4)超声波的声压特性当声波进入某物体时,由于声波振动使物质分子相互之间产生压缩和稀疏的作用,将使物质所受的压力产生变化｡由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用[12]｡2.2 超声的应用目前各种超声波仪器和装置已经广泛地应用在了工业､通信､医疗等许多行业中｡超声检测技术的基本原理是利用某种待测的非声量(如密度､浓度､强度､弹性､硬度､粘度､温度､流量､液位､厚度､缺陷等)之间存在着的直接或间接的关系,在确定了这些关系之后就可通过测定这些超声物理量来测出待测的非声量｡正是在这种工作原理下,我们可以充分地利用超声波的各种特性来研制超声波传感器,配合不同的信号处理与显示电路完成许多待测量的检测工作｡超声波具有与电磁波相似的一面,同时又有其自身的一些特点:1.能以各式各样的传播模式(纵波､横波､表面波､薄板波)在气体､液体､固体或它们的混合物等各种媒质中传播,也可在光不能通过的金属､生物体中传播,是探测物质内部的有效手段｡2.由于超声波与电磁波相比速度慢,对于相同的频率波长短,容易提高测量的分辨率｡3.由于传播时受介质声速､声阻抗和衰减常数的影响大,所以,反过来可由超声波传播的情况测量物质的状态｡2.3 超声波传感器为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波｡完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器,或者超声波探头｡2.3.1 超声波传感器的原理及结构[13]超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件｡超声换能器的种类很多,按照实现超声换能器机电转换的物理效应的不同可将换能器分为电动式､电磁式､压电式和电铁伸缩式等｡目前压电式换能器的理论研究和实际应用最为广泛,本文超声波测距选用的也是压电式超声波换能器｡图2.2 超声波换能器TCT40-16套件实物组(T为发射,R为接收) 压电换能器的发展和应用是以压电效应的发现和压电材料的发展为前提条件的,1880年居里兄弟发现了晶体的压电效应,但直到电子管放大器的发明,压电材料的压电效应才真正用于电声转换上来｡在第一次世界大战期间,法国物理学家朗之万于1916年研制成功了第一个真正实用的压电换能器,并将其应用于潜艇的探测中｡在朗之万发明的换能器中,压电石英片被夹在两块厚钢板中,后来这种换能器被广泛应用于超声探测仪中｡直到现在,朗之万型换能器仍在得到广泛的应用,如功率超声和水声中｡同时,由于压电换能器作为高频声源的出现,使得高频声的研究成为现实,而声学的应用也被迅速地扩展,一个重要的声学分支—超声学迅速发展起来,并得到了越来越多的重视｡压电效应包括逆压电效应和正压电效应｡(1)逆压电效应将具有逆压电效应的介质置于电场中,由于电场作用介质内部正负电荷中心发生位置变化,这种位置变化在宏观上表现为产生了形变,形变与电场强度成正比｡如电场反向,则形变亦相反｡这一现象称为逆压电效应｡利用逆压电效应能产生超声波｡将适当的交变电信号施加到晶体上,晶体将发生交替的压缩和拉伸,因而产生振动,振动频率与交变电压的频率相同,若把晶体祸合到弹性介质中,晶体将充当一个超声源的作用,超声波将被辐射到那种介质中｡(2)正压电效应当对某电介质施加应力时,产生的变形将引起内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化,在介质两端面上出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与应力成正比,这种效应称为正压电效应｡利用正压电效应将机械能(即声能转换成电能,接受超声波的装置,称为接收换能器｡常见的压电材料有石英晶体､压电陶瓷､压电半导体､高分子压电材料等｡超声波传感器的结构:超声波发生器是一个超声频电子振荡器,当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电陶瓷上时,压电陶瓷组件就在电场作用下产生纵振动｡压电组件在超声振荡时,仿佛是一个小活塞,其振幅很小,但这种振动加速度很大,于是把电磁振荡能量转化为振动能量,这种巨大的超声波能量,沿着特定方向传播出来｡其关键技术是使超声波声束变细,除待测物体外不受其它构造物的影响｡超声波换能器是产生超声波必需的能量转换装置,它把超声电磁振荡的能量转换为声波｡相邻两片的压电陶瓷片极化方向相反,芯片的数目成偶数,以使前后金属盖板或壳体与同一极性的电极相连,否则在前后盖板与芯片之间要垫以绝缘垫圈,会导致结构不必要的增大｡两芯片之间,芯片与金属该班之间通常夹以薄黄铜片,作为焊接电极引线用;芯片,电极铜片用强力胶胶合｡在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状谐振子连成一体,圆锥状谐振子的边缘部分装有圆环状弹性橡胶减振器,使之与外壳固定,起声阻匹配作用｡在电一声变换部分的前面的超声波束整形板,是对应圆锥状谐振子的振动模式设置的几个开口｡使超声波波束指向尖锐,吸声片吸收多余反射声波｡通过上述超声换能结构,配以适当的收发电路,可以使超声能量的定向传输,并按预期接收反射波,实现超声遥控､测距､防盗等检测功能｡2.3.2 超声波传感器的种类超声波传感器根据应用范围的不同可分为以下四类(1)通用型超声波传感器超声波传感器的带宽一般为几kHz,并具有选频特性｡通用型超声波传感器的频带窄,但是灵敏度较高,抗干扰性强｡但通用型接收传感器与发送传感器是分开使用的,测量中必须成对使｡在多通道通信使用时器件比较多,使用不方便,采用宽频带传感器较为方便｡因为宽频带传感器发送和接收是共用一个探头的传感器输出开路时,其输出电压较高,但阻抗也高,易受噪声的影响,通常要接入几千欧到几百千欧的电阻｡(2)宽带型超声波传感器宽带型超声波传感器在工作带宽内具有二个谐振频率,即具有二个谐振点｡所以,一个传感器可以兼作接收传感器与发送传感器｡宽带传感器具有两个谐振频率,其频率特性就相当于两种传感器的组合｡因此,在很宽频带范围内具有较高的灵敏度｡(3)密封型超声波传感器密封型超声波传感器对环境的适应性较强,可应用于汽车后方检测物体的装置以及待时计算器等｡(4)高频型超声波传感器上述各种类型传感器的中心频率只有数十kHz,但中心频率高于100kHz的传感器近来也有销售｡2.3.3 超声波发射器发射器的作用是形成与被检测对象相作用的超声波束,它的特性包括共振频率､方向性､电声变换效率､稳定性等｡按照应用领域的不同,超声波束可以是强方向性的､扇状的､无方向的形状,还有些发射器附带有调整层,以便发射器与媒质的音内阻抗相匹配｡超声波发射器的驱动机构包括,反压电效应､电致伸缩效应､动电效应､电磁效应､磁致伸缩效应等,它恰好是上述超声波接受的相反作用,所以从结构上看,发射与接受呈一一对应的关系｡图2.3 超声波换能器结构图2.3.4 超声波接收器超声波接收器接收原理基于伴随声波而产生的电容､压电､反压电､动电､电磁､反磁致伸缩声光效应等｡优点是与空气的声阻抗匹配良好,频带宽｡压电型主要用石英晶体或氧化锌材料｡电致伸缩型微音器的接收器用反压电效应大的电介质板作为接收器｡结构上有采用PVDF膜作为受音体､也有采用钦酸､镐酸铅系列陶瓷以板状或圆桶状受音体的形式结构｡在压电膜上制作梳状电极,可以构成检测超高频段的声表面波的传感器｡动圈式接受器的结构为在磁场中防止带有受音板的可动线圈或导体带,当它们因超声波而运动时,产生感应电动势,由于受音体惯性大,因而只适用于低频｡电磁效应型接收器的结构是将磁性受音板作为磁路的一部分,在磁路中设置拾音线圈｡当超声波传来时,受音板发生唯一,使磁路磁场发生变化,在拾音线圈中产生电动势｡基于反磁致伸缩效应的超声波接受器的构造主要有用磁致伸缩材料构成的线圈状结构,使用于低频;还有用磁致伸缩材料涂敷在物体表面上形成的结构,适用于高频,前者检测感应电流;后者检测置。

超声波测距仪(实时显示声光报警)毕业设计论文报告摘要机器人通过其感知系统觉察前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。

超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应用方便，将它与红外传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。

本文介绍了基于STC89C51的超声波测距系统，阐述了超声波测距系统的硬件设计、软件设计及其工作原理。

该设计主要由单片机控制模块、数码管显示模块、DS18B20温度补偿模块以及声光报警模块等构成。

利用超声波的反射原理，计算超声波在空气中的传播时间的一半再乘以经过温度补偿修正后的速度就可以得出障碍物到传感器之间的距离，并在数码管显示出来。

同时，该系统在测量距离小于10cm时能进行声光报警。

该系统具有硬件电路简单、成本低、工作可靠、功耗低、体积小、误差小、有良好的测量精度等优点。

目前，超声波清洗技术、雷达技术等在医学、军事上占据着重要地位，因此研究超声波技术具有一定的研究意义。

本设计作品基本满足设计的要求，有一定的推广性，同时针对不足，如测量距离过小等，文章在最后提出了一些改进性能的可行性方案。

关键字：单片机；传感器；超声波测距；温度补偿Abstractrobot through its perception system to detect obstacles that in front of the road and the surrounding environment to achieve the distance around the barrier, auto hunt, range and other functions.Ultrasonic Ranging in terms to other ranging technology is low-cost, high accuracy, without environmental constraints, and convenient, it will be combined together with infrared sensors achieve robot hunt around the barrier function.This article describes the ultrasonic ranging system based on STC89C51,which e laborate ultrasonic Ranging System hardware design, software design and its working principle.The design is mainly controlled by the microcontroller module,LED display module, DS18B20 temperature compensation module, as well as sound and light alarm module ing the principle of reflection of the ultrasonic wave,Calculate the ultrasonic propagation time in the air in half and then multiplied by the speed after the correction of the temperature compensation that can be drawn between the obstacle to the sensor distance,And digital display.Secondly, the sound and light alarm when the system measuring distance less than 10cm .The system has an Advantage of Simple hardware circuit, low cost, reliable, low power consumption, small size, the error is small, h ave a good measurement accuracy, etc..At present, the ultrasonic cleaning technology, radar technology in medicine, the military occupies an important position,so the research ultrasound technology has a certain significance. This design works basically meet the design requirements, there are certain promotional, while for deficiencies, such as measuring the distance is too small, etc., the article concludes with a number of improvements in the performance of the feasibility of the program.KeyWords:MCU;Sensor;Ultrasonic Ranging;Temperature compensation目录摘要 0Abstract (1)第一章绪论 (4)1.1课题的研究背景 (4)1.2超声波在国内外的发展现状 (6)1.3研究目的和意义 (6)1.4研究内容 (6)1.5 论文结构 (7)第二章系统方案设计 (8)2.1设计要求 (8)2.2设计方案 (8)第三章硬件设计 (10)3.1 AT89C51单片机简介 (10)3.1.1 AT89C51各引脚的含义和功能 (11)3.2系统硬件设计组成部分 (13)3.2.1 AT89C51单片机最小系统 (13)3.2.2 数码管显示模块 (13)3.2.3超声波发射接收模块 (14)3.2.4声光报警模块 (20)3.2.5复位电路 (20)3.2.6 DS18B20温度补偿电路 (22)3.2.6.1 DS18B20内部结构及测温原理 (23)3.2.6.2 DS18B20的封装形式及引脚功能 (24)3.2.6.3 DS18B20的供电方式 (25)3.2.7 +5V电源模块 (26)第四章软件设计 (27)4.1软件整体设计 (28)4.2系统主要模块程序设计 (29)4.2.1超声波发射程序及接收中断子程序 (29)4.2.2 DS18B20访问程序 (29)第五章调试与检测 (31)5.1硬件测试 (31)5.2 软件测试 (32)5.3结果分析 (32)5.4误差来源 (32)5.5 解决方案 (33)5.6本设计所做工作 (33)总结与展望 (35)谢词 (36)参考文献 (36)附录1 电路原理图及PCB图 (38)附录2 程序清单 (40)第一章绪论超声波以其指向性好、穿透能力强、能量消耗缓慢、环境污染小等优点，因而超声波常用于距离测量。