基于单片机的超生波测距系统课程设计

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1、JIANGXINORMALUNIVERSITY传感器原理课程设计题目：基于超声波传感器的测距系统院系名称：物理与通信电子学院学生姓名：黄路瑶学生学号：1208063015专业：电子信息工程任课老师：刘刚完成时间：2015年6月摘要本文主要介绍了基于超声波传感器的测距系统的工作原理、硬件电路的设计和软件设计。该测距系统由单片机最小系统模块、温度采集模块、超声波测距模块，LCD显示模块组成。能够完成距离和温度的测量、显示等功能。关键词：超声波测距，单片机最小系统，温度采集摘要I1引言22设计要求23方案论证23.1方案论证与比较33.2单片机最小系统模块的方案33.3温度采集模块

2、的方案43.4超声波测距模块的方案43.5显示模块的方案45系统设计55.1单片机最小系统模块的设计55.1.1复位电路的设计55.1.2时钟电路设计65.1.3单片机的I/O口的分配65.2LCD1602显示模块的设计75.2.11602接口信号说明85.2.21602操作时序85.3DS18B20温度采集模块的设计95.3.1DS18B20的分辨率105.3.2DS18B20工作时序图105.4超声波测距模块的设计116软件设计126.1程序流程图136.1.1主程序流程图136.1.2外部中断0流程图146.2子程序设计146.2.1温度采集模块子程序146.2.2LC

3、D显示子程序167误差分析187.1温度187.2障碍物表面材料187.3超声波模块探头距离188总结18参考文献19附录一：源程序20附录二：实物图2601引言近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。由于的经济发展，电子测量技术应用也越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业

4、、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。2设计要求设计并制作一个基于超声波传感器的测距系统，基本要求如下：测量范围为0.2-1m；测量精度为±2mm；并能实时显示。3方案论证根据本题设计要求，确定了本系统的原理框图如图3-1所示。单片机最小系统模块：触发、中断接收

5、、距离计算超声波测距模块Lcd显示模块温度采集模块图3-1原理框图253.1方案论证与比较根据题目的要求，我提出了以下的两种系统设计方案供选择：方案1：由单片机编程产生40kHz的方波，由IO口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。 方案2：由单片机控制集成超声波测距模块HC-SR04，通过用一IO口发一个10us以上的高电平给集成模块控制口，

6、就可以在接收口等待高电平输出，一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值，并由单片机实时检测。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，所以温度的影响不能忽略不计，本方案中对声速c还添加了温度补偿。通过上述两种方案的比较，由于集成超声波测距模块HC-SR04提供2cm至400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm,模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路,且编程和制作相比方案一容易许多。因此本超声波测距系统的设计采用方案2。3.2单片机最小系

7、统模块的方案方案1：采用PIC单片机。PIC单片机的各个型号的兼容性强，功能全，型号多，抗干扰能力强。缺点：PIC单片机价格贵，烧写器较贵，烧写程序比较麻烦。方案2：采用MCS-51单片机。MCS-51系列单片机是8位增强型。51单片机具有功能强，体积小，可靠性好和价格便宜的优点，并且编程较为容易，程序的烧写也较为简单。综合上面两个方案以及本人日常学习到的单片机，选择方案二作为本设计的核心处理模块。253.3温度采集模块的方案采用温度传感器DS18B20。DS18B20具有体积小、质量轻、精密度高、全数