超声波测距仪的设计(毕业论文)

I目录摘要................................................................................................................................11绪论............................................................................................................................11.1研究背景及意义..................................................................................................11.2超声波测距的国内外研究现状...........................................................................22.1超声波传感器.......................................................................................................32.1.1超声波发生器..........................................................................................32.1.2压电式超声波发生器原理......................................................................32.2超声波测距仪的系统构成...................................................................................33.1方案论证..................................................................................................................43.2整体设计方案......................................................................................................63.3超声波测距单片机控制系统..............................................................................63.4超声波发射、接收电路....................................................................................103.5显示单元电路....................................................................................................123.5.1显示电路的数码管介绍.........................................................................123.5.2显示电路.................................................................................................143.6供电电路.............................................................................................................143.7报警输出电路.....................................................................................................154系统软件设计..........................................................................................................155调试...........................................................................................................................185.1焊接调试.............................................................................................................18II5.2软件调试和硬件调试.........................................................................................186性能分析..................................................................................................................197结论...........................................................................................................................20参考文献......................................................................................................................20ABSTRACT.................................................................................................................22致谢..........................................................................................................................23附录1...........................................................................................................................24附录2...........................................................................................................................25附录3...........................................................................................................................261超声波测距仪的设计张璐南京信息工程大学滨江学院电子科学与技术南京210044摘要：摘要：摘要：摘要：本文就是利用超声波传输中的距离与时间的关系，采用了AT89S52单片机对超声波仪进行控制及数据处理，设计出了能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要是由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块所构成。本次设计的超声波测距仪，具有迅速、操作方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高的特点。测量范围可达到40cm～699cm，其误差1cm左右。并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。关键词：超声波、测距、AT89S52单片机1绪论1.1研究背景及意义人类的测量方法随着时代的变迁也在跟着变化，工具更是五花八门。最初是以具体实物测量，如国王的手跨长、脚长等，所以英寸叫foot。在19世纪法国人制作了一把标准米尺，铂铱合金制成，以子午线长度的4千万分之一订为一米，但标准尺会有热胀冷缩现象，也会被腐蚀。随着测量技术的发展，人们发现了超声波具有指向性强，能量消耗较缓慢，其传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术两者相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用中最为普遍的一种。并且超声波测距也是一种方便，快捷，精准的测量方法[1]。机械振动可以产生超声波，超声波是能够在不同的介质中以不同的速度进行传播。因为超声波的指向性很强，能量消耗较缓慢，能够在介质中传播距离比较远，因此超声波被经常应用于测量，超声波可以用来实现比如测距仪以及物位测量仪等。超声测距是一种非接触式的检测方法。与别的方式相比，例如光学的或电磁的方法，它不会受被测对象的颜色、光线等影响。对于被测物体处于有灰尘、黑暗、电磁干扰、有毒、烟雾等不良的环境下也是有较强的适应能力的。因此超声波在物体识别、车辆自动导航、机械手控制、液位测量等方面有着广泛的应用。特别是适合应用在空气测距，因为空气中波速比较慢，超声波的回波信号中具有的沿传播方向上的结构信息会被轻易的检测出来，并且分辨力会很高，因此它的准确度也比其它的方法高；并且结构简单、体积小、信号处理可靠等优点都是超声波传感器所具有的。超声波测距仪器主要应用于机器人自动避障行走、建筑施工工地、汽车的倒车雷达以及一些工业现场。比如：井深、液位、管道的长度等场合。尤其在工件生产线中的非接触环节和工业机器人的运动移位中，需要精确的距离测定。所以对研究超声波测距仪器的原理具有很大的现实意义。对于本课题的研究与设计，不仅能够进一步提高自己的电路设计水平，还能更深入的理解单片机及其应用。1.2超声波测距的国内外研究现状超声波技术现在已经相当成熟，市场上产品的精度基本都可达到1MM；同时稳定度也相当高，适合大部分环境下使用；应用领域包括：测距、避障、机器人定位、曲面仿真等。虽然如此，但也存在一2些急待攻克的问题，主要包括：测量精度的级别有待提高，测量距离不够远，普遍只有10米之内，最远也只有几十米；一些高精度或远距离的产品的电路复杂，成本较高；依然存在一定距离的育盲区等等；这些问题限制了超声波的应用。针对上述存在的问题，国内外的相关人员进行了努力的攻关。研究主要集中在以下几个方面：超声波回波处理、新型换能器研发、发射脉冲选取等等，并且针对超声测距仪器的常见影响因素提出了温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。目前在国内的研究成果主要有：超声波回波处理方面，最小均方自适应时延估计算法；一体化换能器；专用脉冲发生器；采用功率驱动芯片和升压变压器等，还通过超声波测距仪专用集成电路通过分析超声波测距误差产生的原因，来提高测量时间差到微秒级，以及用温度传感器来进行声波传播速度的补偿后，其高精度超声波测距仪也可以达到毫米级的测量精度[2]。这些新的技术都大大提高了超声波测距的精度和距离。国内的超声波测量品牌有古大，飞鹰，百特等。他们的技术在国内应该处于领先地位。但是低端的很多。而在国外，超声测量技术也有迅速发展。国外西门子，E+H，HAWK的产品比较齐全，质量比较稳定。2超声波测距原理通过超声波发射器向某个方向