基于单片机的超声波测距仪设计

本科毕业设计(论文)题目基于单片机的超声波测距仪设计学院名称电气工程及自动化学院专业班级测控技术与仪器09-2班学生姓名雷春辉导师姓名陈庆春二0一三年六月十五日基于单片机的超声波测距仪设计作者姓名雷春辉专业测控技术与仪器指导教师姓名陈庆春专业技术职务讲师目录摘要...................................................1第1章绪论..........................................31.1课题研究的背景...........................................31.2课题研究的意义...........................................31.3论文结构.................................................3第2章超声波测距原理................................42.1超声波简介...............................................42.2超声波测距原理...........................................4第3章方案论证及主要元件介绍........................53.1设计思路.................................................53.2系统结构设计.............................................63.3单片机AT89C52............................................73.4超声波传感器.............................................9第4章硬件电路设计.................................104.1超声波发射电路..........................................104.2超声波接收电路..........................................104.3显示电路................................................114.4电源电路................................................11第5章软件设计及系统仿真...........................125.1主程序流程..............................................125.2子程序设计..............................................145.2.1超声波发送及接收中断子程序原理.........................145.2.2距离计算子程序.........................................145.3软件编译调试环境——Keil.................................145.4系统仿真环境——Proteus..................................155.5系统仿真................................................165.6误差及特性分析..........................................16结论.................................................18参考文献.................................................19附录.....................................................20致谢.................................................33齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文）1摘要本文介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89C52控制定时器产生超声波脉冲并启动内部的计数器开始计时，将电信号转化为超声波信号。超声波在空气介质中进行传播，当遇到障碍物时超声波返回，单片机接收返回的超声波，将超声波信号转化为电信号。通过计算超声波自发射至接收的往返时间差，从而通过计算得到实测距离。并用LM1602液晶显示器显示距离。整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图，给出了系统构成、电路原理及程序设计。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。但在准确度方面，测量准确度高，可以精确到厘米，达到了预期的测量准确度。关键词：AT89C52超声波测距齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文）2ABSTRACTThedesignintroducestheprincipleoftheultrasonicdistancemeasurementinstrumentbasedonSCMC-controlled:AT89C52controlstimerstoproducetheultrasonicwavepulseandtime.Convertselectricalsignalsintotheultrasonicsignal.Ultrasonicwaveisspreadintheairmedium,andultrasonicreturnedwhenfacedwithobstacles,MCUreceivesthereturnedultrasonic,ultrasonicsignalcanbeconvertedtoelectricalsignals.Countthetimeofultrasonicwavespontaneousemissiontoreceiveround-trip,thusobtainsthemeasureddistance.AndwithfourLM1602nixietubesdisplaydistanceortemperaturebyswitching.Theentirehardwarecircuitiscomposedbyultrasonictransmittercircuit,ultrasonicreceivercircuit,thepowercircuit,displaycircuit,andothermodules.TheprobesignalsareintegratedanalysisedbySCMCtoachievethevariousfunctionsofultrasonicdistancemeasurementinstrument.Basedonthishasdesignedsystem'soverallconcept,finaladoptionofhardwareandsoftwaretoachievethevariousfunctionalmodules.Therelevantpartshavethehardwareschematicsandprocessflowchart.Ithasgiventhesystemconstitution,thecircuitryandtheprogramming.Theinstrumentsystemhasfeatures:easeofcontrol,stabilityofoperation,highnessofprecisionanddistinctnessofprogrammeprocess,etc.Aftertherealizationoftheworkscanbeusedforneedsofthevariousparametersmeasureddistanceapplications.Asalaboratoryrange,highmeasurementaccuracy,canbeaccuratetocm,toachievethedesiredaccuracy.Keywords:AT89C52;UltrasonicWave;MeasureDistance齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题研究的背景人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，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。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：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要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题。毋庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器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[1]。1.2课题研究的意义在现实生活中，一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷，例如，液面测量就是一个距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸泡在水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解，从而失去灵敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题。目前市面上常见的超声波测距系统不仅价格昂贵，体积过大而且精度也不高等种种因素，使得在一些中小规模的应用领域中难以得到广泛的应用。为解决这一系列难题，本文设计了一款基于AT89C51单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪[2]。1.3论文结构论文首先对课题的背景和意义进行阐述，并概述了论文结构。第2章先就超声波测距的原理进行介绍。第3章针对本文采用的设计方案进行了可行性的论证，并介绍了设计中需要用到的主要器件，且因其在本设计的作用不同而详尽程序亦不同。第4章从整体硬件设计出发，对各部分电路进行了详细说明。齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文）4第5章先给出了软件设计的整体流程图，并且给出了程序编译及系统仿真效果图。第2章超声波测距原理2.1超声波简介我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学，军事，工业，农业上有明显的作用[3]。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与