基于单片机的超声波测距系统的设计与实现论文

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1、基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文目录第一章绪论11.1研究的背景和意义11.2国内外研究现状11.3课题研究内容和意义2第二章超声波测距的原理52.1超声波介绍52.2超声波传感器的介绍   52.2.1传感器的选择62.2.2超声波测距的原理72.2.3温度补偿82.2.4测量盲区92.3本章小结9第三章系统硬件设计103.1系统硬件设计103.2单片机概述113.2.1STC89C51主要性能特点113.2.2STC89C51结构组成123.2.3STC89C51内部组成143.3超声波发射电路设计153.3.1发射电路设计方案153.3.2超声波发射器的

2、注意事项163.4超声波接收电路设计173.5LCD显示部分183.6报警部分20ii3.7DS18B20部分213.8本章小结21第四章系统软件设计224.1系统软件设计224.2外部中断子程序244.3定时器中断子程序254.4重要功能实现264.4.1实现温度读取功能264.4.2实现温度转换声速274.4.3实现距离计算274.5实验测量数据284.6本章小结28结论29参考文献30谢辞31附录一（实物图）32附录二（Proteus仿真图）33ii第一章绪论1.1研究的背景和意义随着科技的发展，超声波已经可以对实物做出精确测量。伴随着社会经济的蓬勃发展，电子测量技术

3、也逐渐被应用到各个领域，而超声波测距技术因拥有测量精确度高、成本消耗低、性能稳定度高等优点则成为其中的佼佼者。频率在20KHz以上的声波是超声波。也正是因为这些特性超声波才会被应用到测量距离中。科技在不断发展，人们的需求也在不断提高，因此，超声波逐渐被人们应用到生活和个行业（如医疗、工业、航天等）当中。超声波是一种非常实用有效的测量方法，人们借用它不需要接触物体就可以进行精确测量。它还对环境因素（如光线、高温、腐蚀气体和潮湿等）的测量影响具有较高的抵抗性。而且还有测量精确度高，对环境无污染，基本上不用维护，使用寿命长等好处。所以能够广泛应用于化工、污水、环境监测等诸多具有腐

4、蚀性的行业中。对环境适应能力强，无论在什么样的环境中，都能够进行精确测量并标定准确度。可对多种液体(如水、酒和饮料等)进行液位控制，设定差值。还有一个很大的优点，能够对盛装液体的液位罐直接显示其液位高度。因此，超声波测距在空气和特殊环境中拥有较广泛的应用。超声波在机器人的研制和倒车雷达等实例中也被广泛使用。1.2国内外研究现状实际上，在工程应用当中超声波检测技术存在两个突出的问题，一是:由于超声波自身传播的特性和某些材料的吸收特性，使得超声波在传播距离加长的同时，回波信号也随着变的异常微弱;二是：回波信号中夹杂着许多干扰信号，而回波信号自身较为微弱，很容易被噪声所淹没。因此

5、传统方法对提取回波信号已无效。33人们一直很重视如何降低输入信号的信噪比。从19世纪末，傅里叶变换理论和傅里叶级数问世，人们就高度重视对频率信号的检测，第一台锁相放大器在1962年问世，从而使提取淹没在噪声中的信号成为现实。在此之后不断涌现出新的检测理论和方法，成功研制出许多性能优良的测量仪器，并不断成功的降低微弱信号的测量下限。自20世纪90年代开始，经过十多年的发展，混沌理论作为一种新的检测方法出现，并在在微弱信号检测中具有巨大的潜力。自从进入21世纪开始，国内的广大学者和科研人员就对超声波测量精确度的提高方面进行了大量的尝试研究。其中有对超声波发射脉冲的选取和对新型超

6、声波换能器的研发。主要研究方向是如何提高超声波回波信号精度的处理方法。更是针对影响超声波测距精确度的措施提出了温度补偿等方法。就目前来说，国内虽然对超声波回波信号的处理有了较为成熟的研究发展，由于它对超声波测距的探测定位具有关键性作用，因此国内学者仍然将它作为重要研究方向之一。1.3课题研究内容和意义本设计系统打算实现在实验室内进行小范围的测距。测距量程约为0.02m—4m，测量精度可达到毫米级。系统整体结构如图1.1所示。图1.1系统设计方案图由图可知本系统硬件设计是由六部分组成，分别为：(1)发射电路。(2)接收电路。33(3)单片机控制器。(4)LCD显示电路。(5)

7、温度测量电路。(6)声音报警电路。实际测量时，在LCD液晶显示屏上显示出所在地的实时环境温度。发射电路发射超声波经反弹后被接收电路接收。经过STC89C51单片机进行数据处理后将距离也显示到LCD上。如果距离超出设定的值，报警电路就会鸣叫，即提醒测量距离超出量程。超声波测距器的系统框图如下图1.2所示。 图1.2系统设计框图 从效益和成本出发，HC-SR04超声波测距模块是一个非常好的选择。由下图1.3可看出，T0时刻由超声波模块的发射端发射一束方波，并于此时定时器开始工作计时。接收端收到回波后，产生一负跳变通到单