超声波测距论文

毕业设计（论文）题目：基于单片机的超声波测距仪学院：专业班级：指导教师：职称：学生姓名：学号：西安工程大学本科毕业设计（论文）I摘要在空气介质中超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，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，如测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。本设计介绍了基于单片机控制的超声测距的原理：由STC89C52控制定时器产生一定频率脉冲，计算从发射到接收回波时间，从而得到实测距离，数据处理采用，显示距离，语音播报。关键词：超声波，距离测量，语音播报，单片机西安工程大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTIntheairmedium,ultrasonicrangefindersensorbecauseofitsgoodperformance,lowprice,convenientuse,inthefieldofrobotpositioningsystem,automaticvehiclenavigation,vehiclesafetydrivingassistsystem,citytrafficmanagementandmanagementofexpresswaymonitoringsystem,aswellasriver,wellandwarehouseandmaterialleveldetectionusedin.Becausetheultrasonicwavepropagationisnotsusceptibletointerference,energyconsumptionslow,mediumofcommunicationinthelongerdistance,whichareoftenusedforultrasonicdistancemeasurement,suchasthelocationandlevelmeasurementcanbeachievedbyultrasound.Therefore,in-depthstudyofultrasonicgenerationandpropagation,thedevelopmentofhighperformanceultrasonictransduceranditstransceivercircuit,theultrasonicdetectiontechnologydevelopmenthasveryimportantrealsense.Thisarticleintroducesthedesignofcontrolbasedonsinglechipultrasonicrangingprinciple:controlbySTC89C52timerproducesacertainfrequencypulse,calculatedfromtransmittingtoreceivingechotime,soastoobtainthemeasureddistance,dataprocessingusingthetemperaturecompensation,fourdigitaltubedisplaydistance,voicebroadcast.KEYWORDS:ultrasonic,rangemeasurement,voicebroadcast,singlechip西安工程大学本科毕业设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................1.1课题设计目的及意义............................................1.1.1设计的目的...............................................1.1.2设计的意义...............................................1.2国内外研究动态................................................1.3本课题研究的主要内容..........................................第2章总体方案......................................................2.1方案选择......................................................2.2超声波测距仪的设计思路........................................2.2.1超声波测距原理...........................................2.2.2超声波测距原理框图.......................................2.3使用元件选择..................................................第3章系统的硬件结构设计............................................3.1STC89C52单片机的功能及特点....................................3.2单片机最小系统................................................3.3语音播报......................................................3.4显示单元......................................................第4章系统的软件设计................................................4.1主程序流程图..................................................4.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序..........................第5章超声波测距接收................................................5.1HC-SR04模块...................................................5.2T40、R40超声波传感器简介......................................5.2.1超声波传感器的基本介绍...................................5.2.2超声波传感器的主要应用...................................5.2.3超声波传感器的工作原理...................................5.3超声波发射电路................................................西安工程大学本科毕业设计（论文）IV5.4超声波接收电路................................................5.5超声波接收过程................................................5.6接收数据处理..................................................第6章总结...........................................................致谢...............................................................参考文献.............................................................附录1原理图.........................................................附录2主要源程序.....................................................诚信声明西安工程大学本科毕业设计（论文）V第1章绪论1.1课题设计目的及意义1.1.1设计的目的随着科学技术的快速发展，超声波在测距中的应用越来越广。但就目前的急速水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因此超声波经常用于距离测量，如超声波测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。利用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。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需求；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖拽线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合与前还工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；搭理降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。毋庸置疑，无线的超声波测距将于自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。1.1.2设计的意义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，所以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中的液位、井深、管进长度测量等场合。因此研究超声波测距系统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。1.2国内外研究动态国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国内一些学者也作了相关的研究。目前超声波测距方法主要有三种：（1）相位检测法：精度高，但检测范围有限；（2）声波幅值检测法：易受反射波的影响；（3）渡越西安工程大学本科毕业设计（论文）VI时间法：工作方式简单，直观。现在对超声波测距的精度主要取决于所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传输速度，二者中以传输时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传输时间的不确定度来提高测距精度。温度对传感器的影响也很大，因此，需要用温度传感器进行校正，目前相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。1.3本课题研究的主要内容超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波换能器。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波换能器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波换能器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，拟应用以下三种技术：a、单片机技术：STC89C52系列的单片机具有体积小，重量轻，结构较为简单，成本低廉，可以实现一般的控制功能的优点。而且单片机更适用应用于小型的嵌入式系统，