超声波测距仪毕业设计论

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1、淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第35页共35页1绪论21.1课题背景、目的和意义21.2课题主要内容22系统概述32.1超声波测距仪的原理32.2两种常用的超声波测距方法32.3超声波的介绍42.4超声波传感器62.5本章小结103系统设计103.1系统组成113.2超声波测距仪硬件设计113.3超声波测距仪软件设计133.4本章小结164系统调试174.1软硬件的调试174.2仪器精度分析及如何提高超声测距精度17结论20致谢21参考文献22附录A23附录B24淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第35页共35页1绪论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

2、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。1.1课题背景、目的和意义传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，

3、信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制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，并且测量精度较高。超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。1.

4、2课题主要内容通过上节介绍我们知道，以单片机为核心的超声波测距系统设计简单、方便，而且测精度能达到工业要求。本课题研究的测距系统就是用单片机控制的。通过超声波发射器向某一方向发射超声波，单片机在发射时刻同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为V，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离。本系统利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第35页共35页电路的输出端接单片机的外部中断源输入口。系统定时发射超声波，在启动发射电路的同时启动单片机

5、内部的定时器，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离,结果输出给LED显示。2系统概述2.1超声波测距仪的原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：S=vt/2这就是所谓的时间差测距法。由于超声波发球声波

6、范围，其波速c与温度有关，表2-1列出了几种不同温度下的波速。表2-1声速与温度的关系温度（℃）－30－20－100102030100声速(m/s)313319325323338344349386波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。其系统原理框图如图2-1所示。超声波接收单片机控制器超声波发送LED显示扫描驱动图2-1超声波测距器系统设计框图由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实

7、验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。2.2两种常用的超声波测距方法淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第35页共35页2.2.1基于单片机的超声波测距系统基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波波经反射物反射回来后，