学士学位论文--超声波测距系统.doc

《学士学位论文--超声波测距系统.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业设计（论文）中文摘要本文详细介绍了一种基于单片机的超声测距系统。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离。在介绍了单片机性能和特点的基础上，分析了超声波测距的发展及基本原理，介绍了传感器的原理及特性。由此提出了系统的总体构成。然后简要介绍了利用51系列单片机设计测距仪的原理:单片机发出的超声波，通过换能器发射出去，遇到被测物体后反射回来，计算此超声波从发射出到接受的时间差从而得出被测物体到测距仪的距离。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案做了论证。设计了一种基于8051单片机的超声波测距系

2、统。介绍了超声波测距的原理及8051单片机的性能和特点，并在此基础上，给出了实现超声波测距方案的系统框图及软、硬件设计。超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，且在测量精度方面也能达到要求。测试结果表明，该设计满足设计要求，具有一定的实用价值。关键词：超声波；8051单片机；测距45目录1引言42微控制器MC9S12DG128B83DS18B20温度补偿电路104超声波传感器125集成电路CX20106A简介146超声波传感器测距模块的硬件设计186.1硬件

3、电路设计方法196.2多路同步超声波测距系统206.2.1FPGA内部各组成模块设计216.2.2发射电路236.2.3接收电路236.3超声波的产生与功率放大246.4接收模块267AT89C51单片机简介278LED动态扫描显示电路299提高敏感器件抗干扰性能319.1系统硬件干扰349.2降低外时钟频率369.3系统软件结构设计379.4多任务调度管理的仿真实现41结论43致谢44参考文献45451引言近年来，随着单片机在我国的推广，以其简单实用、功能强、体积小而日益广泛的被广大设计师采用，尤其在控制领域中的应用更为突出。本文论述

4、了采用单片机技术研制成功的智能距离提示器的原理与方法。该智能距离提示器主要是利用超声波探测传感器发送超声波来测试相对应的距离。工作时，超声波发生器不断的发出一系列连续的脉冲，并给单片机提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向单片机提供一个短脉冲。最后由单片机装置对接受信号依据时间差进行处理，自动计算出该智能距离提示器离障碍物之间的距离。该超声波智能距离提示器具有测距原理简单，成本低，制作方便易于实时控制，并且在精度方面也能达到工业实用的要求等特点。　超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,传播速度仅为光波的百万

5、分之一,纵向分辨率较高.超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感,因此超声测距对于被测物处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力,在液位测量、机器人避障和定位、倒车雷达、物体识别等方面有着广泛的运用。由于超声传播不易受干扰,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.本文以超声波理论为依据，给出日常生活中可以方便使用的非接触式超声波测距装置的设计过程。1.1超声波测距的原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后

6、求出距离S＝Ct／2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，45得出时间，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应

7、的计算结果被送至LED显示电路进行显示。图1-1超声波测距电路表1温度与波速的关系表温度/℃-20-100102030100波速/m/s319325323338344349386由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。所以列出了几种不同温度下的波速,请看表1所示。在测距时由于温度变化，可通过温度传感器自动探测环境温度、确定计算距离时的波速C，较精确地得出该环境下超声波经过的路程，提高了测量精确度。波速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。超声波发生器在某一时刻发出超声波信号，遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器接收到。只

8、要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间，知道在介质中的传播速度，就可以计算出距被测物体的距离：　　d=s/2=(vt)/2（1）45其中d为被测物到测距仪之间的距离，s为超声波往返通过的路程，v为超