18基于单片机的超声波测距系统设计 毕业设计

序号（学号）：020640210长春大学毕业设计（论文）基于单片机的超声波测距系统设计姓名王洋学院电子信息工程学院专业电气工程与自动化班级06402指导教师曹福成（讲师）2010年6月7日长春大学毕业设计（论文）纸共I页第I页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于单片机的超声波测距系统设计[摘要]超声波测距是一种有效地非接触式测距方法。本系统介绍了一种以单片机AT89S52作为核心控制器的超声波测距系统的设计方法。系统通过测得超声波从发射到接收的往返时间，根据超声波在空气中的传播速度，计算得到的测量距离，并对该系统的硬件组成和软件控制流程中的关键点进行了详细阐述。同时，为了提高超声波测距精度，采用温度传感器进行环境温度检测，对超声波的传播速度进行校正。由于超声波具有不受光、电磁波及粉尘等外界因素的干扰，测量精度高等优点，因此，系统可以用于工业测距，距离开关，汽车安全，智能机器人等领域。[关键词]超声波测距单片机传感器温度测量长春大学毕业设计（论文）纸共II页第II页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊TheDesignOfMCU-basedUltrasonicRangingSystem[Abstraet]UltrasonicRrangingisaneffectivemethodfornon-contactdistancemeasurement.Inthisarticle,itisintroducedthatonedesignmethodofultrasonicrangesystemwhichone-chipmicrocomputerisusedasthecorecomponent.Thedistancewasworkedoutthroughdetectingtimegapthatultrasonicwavewastransmittedfromtransmissiontoreceiving,anddescribesthekeypointsinthehardwareandsoftwareofthesystemindetail.Atthesametime,inordertoimprovetheaccuracyoftheultrasonicrangesystemthatthetemperaturesensorsisusedtodetectambienttemperatureandcorrectthespeedoftheultrasound.Ultrasoundisnotduetohavealight,electromagneticwaves,suchasdust,aswellasexternalfactors,highmeasurementaccuracy.Itissuitabletotheindustryrangefinder,distanceswitch,theautosafety,theintelligentrobot.Ithasextremelybroadprospectapplication.[Keywords]UltrasonicRangingSingleChipComputerSensorTemperaturemeasurement长春大学毕业设计（论文）纸共I页第I页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第一章引言..........................................错误！未定义书签。1.1课题背景......................................错误！未定义书签。1.2课题研究意义..................................错误！未定义书签。第二章系统总体方案设计.............................错误！未定义书签。2.1方案选择......................................错误！未定义书签。2.2超声波测距原理................................错误！未定义书签。第三章系统硬件设计.................................错误！未定义书签。3.1单片机处理电路...............................错误！未定义书签。3.1.1AT89C51的主要性能参数..................错误！未定义书签。3.1.2AT89C51引脚及其功能....................错误！未定义书签。3.1.3单片机外围控制电路.....................错误！未定义书签。3.2超声波发射部分电路............................错误！未定义书签。3.3超声波接收电路................................错误！未定义书签。3.4温度补偿电路.................................错误！未定义书签。3.4.1温度传感器工作原理.....................错误！未定义书签。3.4.2温度补偿电路...........................错误！未定义书签。3.5数码显示电路..................................错误！未定义书签。3.5.1数码管知识..............................错误！未定义书签。3.5.2数码管显示模块..........................错误！未定义书签。3.6键盘电路......................................错误！未定义书签。3.7报警电路......................................错误！未定义书签。3.8模拟I2C总线接口电路..........................错误！未定义书签。3.9通讯电路设计..................................错误！未定义书签。3.10电源电路.....................................错误！未定义书签。第四章测距系统软件设计.............................错误！未定义书签。4.1系统软件程序流程图............................错误！未定义书签。4.2部分子程序...................................错误！未定义书签。第五章实验结果及误差分析...........................错误！未定义书签。第六章总结.........................................错误！未定义书签。6.1主要结论......................................错误！未定义书签。6.2存在的问题与进一步展望........................错误！未定义书签。致谢................................................错误！未定义书签。参考文献.............................................错误！未定义书签。附录.................................................错误！未定义书签。长春大学毕业设计（论文）纸共33页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章引言随着科技的迅猛发展，越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活中，给我们的生活带来了诸多方便。距离已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控中，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。随着工业技术的不断发展，传统的测距方式已经不能满足高精度的测量要求。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，检测较为迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用要求，因而利用超声波实现测距目的的系统应运而生。本设计是基于单片机的超声波测距系统设计。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件。在测距系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。1.1课题背景20世界中叶，人们发现某些介质的晶体、酒石酸钾钠晶体、PZT晶体等，在高压窄脉冲作用下，能产生较大功率的声波。这种声波是超声波，频率高于20000赫兹。不同于可闻声波，超声波方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在2-5MHz之间，常用为3-3.5MHz（每秒振动1次为1Hz，1MHz=610Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在16-20，000Hz之间）。超声波是声波大家族中的一员。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，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。在日常生活中，有各种各样的测距仪。与激光测距、红外线测距相比，超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感，更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境，在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。长春大学毕业设计（论文）纸共33页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2课题研究意义随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，而超声测距是一种非接触式的检测方式，与其他方法相比，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下被测物的测试有一定的适应能力。在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别、倒车雷达、建筑工地以及一些工业现场等方面有广泛的应用，特别是在空气测距方面的应用。因空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也比其他方法更高，而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。利用超声波检测迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求等优点，本设计基于单片机AT89C51介绍了一种有实用价值的高精度测距方法。长春大学毕业设计（论文）纸共33页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第二章系统总体方案设计2.1方案选择测量距离的方法有很多，短距离的可以用尺子，远距离的有用激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测距。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.4米/秒，由单片机负责计时，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。图2.1系统原理结构框图超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但是检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。基于此，本设计硬件设计采用超声波往返时