基于单片机的超声波测距及温度补偿设计与实现.doc

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1、期末课程设计学院：软件学院___专业：软件工程___年级：2009级___课程：＿单片机应用技术__姓名：＿郭汉杰_____学号：＿8_____二〇一二年六月基于单片机的超声波测距及温度补偿设计与实现摘要本文介绍了基于单片机STC90C516RD+的超声波测距系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器DS18B20采集温度数据，液晶显示屏LCD1602C显示温度数据及来回波的时间，当环境温度变化较大时，提取测得的温度，根据不同的温度对超声波测距系统的声速进行修正。测距时接收到回波，点亮绿色发光二极管；当没有回波时，定时器溢出，点亮红色发光二极管。本文给出了系统总

2、体框架、硬件电路、软件设计和程序流程图，并在硬件平台上实现了所设计的功能。关键词STC90C516RD+；超声波测距；温度补偿；温度传感器；液晶显示器一、引言1.1超声波测距系统概述随着社会的发展，超声波测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机STC90C516RD+设计了超声波测距及温度补偿系统。单片机STC90C516RD+能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度数据来修正测距系统中的声速，从而使超声波测得的距离更准确。同时，当温度高于设定的温度时，单片机启动蜂鸣器发出报警，并点亮绿色发光二极管；当温度低于设定的温度时，蜂鸣器停止报警。所有测距和温度数据

3、均通过液晶显示器LCD1602显示出来。当收到回波时，测距成功，并在屏幕上现实来回波的时间及距离，并可看到动态变化的当前温度和来回波时间；当未收到回波时，定时器溢出，测距失败，在屏幕上显示出错。1.2本设计任务和主要内容制作超声波测距系统，并外加温度补偿使测距更精确。前期制作超声波发送与接收电路，经过调试正常可用后，编写相应的超声波程序，完成对于整个测距系统的控制。设计的最终结果是使超声波测距仪能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。以数字的形式显示测量距离。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来

4、计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用11.0592MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P3.4端口输出低电平，通过硬件电路产生超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断1口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的LCD

5、1602。1.1系统软硬件的调试超声波测距仪的制作和调试都比较简单，其中超声波发射和接收采用Φ16的超声波换能器T/R40-16（T为发射，R为接收），中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。硬件电路制作完成后，使用外加电源调试，用示波器检测振荡电路输出端是否有一个40KHz的方波。并可检查CX20106第7引脚在收到回波时是否产生低电平。调试好后，便可

6、将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为6～150cm，测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。一、系统主要硬件电路设计2.1系统硬件结构系统的硬件主要由单片机主机系统和超声波测距系统组成。其中单片机主机系统用到了单片机、液晶显示LCD1602、独立键盘、温度传感器DS18B20、蜂鸣器、LED发光二极管等；超声波测距系统则包括产生40KHZ的

7、振荡电路（使用集成芯片CD4011和74LS04组成），超声波发送探头，超声波接收探头及超声波接收芯片CX20106组成。2.1单片机主机系统1)单片机控制模块控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、超声波发送接收电路的启动及温度补偿。本文选用STC90C516RD+作为控制器件。其最突出的优点是片内Flash为16K，可方便地擦写100万次以上，价格低廉,而且其指令丰富，编译工具多，仿真环境好。因此被广泛地应用于各种控制领域。1)温度数据采集模块温度由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集。DS18B20测温范围为-

8、55°C～+125°C，