超声波测距系统论文

1、学士学位毕业设计（论文）超声波测距系统的设计学生姓名：XXX 学 号：XXXX指导教师：XXX所在学院：XXX专 业：xx中国大庆2014 年 5 月黑龙江八一农垦大学本科毕业设计（论文）任务书学生姓名XXX所在班级XXXX导师姓名XXX导师职称讲师 论文题目超声波测距系统的设计题目分类1应用与非应用类：工程 科研 教学建设 理论分析模拟2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容及指标： （1）研究超声波测距原理。（2）准确选择单片机、超声波测距模块等元件。（3）制作超声波测距仪。（4）测距距离达到1.5m，精确度在0-1cm范围

2、内。主要参考文献：1 田华等.可编程单总线数字式温度传感器DS18B2的原理与应用.电子质 量，2004.72 杨姣秀.基于单片机的超声波测距仪的设计.20083 深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书4 Tom R.Watt .Cooling our tomorrows economically ，ASHRAE Journal.5 Army Kayla. Improving efficiency in existing chillers with 阶段规划：2014年 02月 17 日2014年02月28日 审题，查阅相关资料完成开题报告2014年 03月 01 日201

3、4年03月15日 依据相关的资料进行毕业设计 2014年 03月 16 日2014年03月31日 写毕业设计报告 2014年 04月 01 日2014年04月23日 论文格式审查 2014年 04月 23 日2014年05月17日 准备答辩开题时间2月17日完成论文时间5月17日专家审定意见：系主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。摘要摘要本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、复位子程序、发射子程

4、序、接收子程序、显示子程序等模块组成。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。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。关键词：AT89C51 超声波 测距ABSTRACTABSTRACTAt the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that t

5、he ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder

6、function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satisfactory and by extension

7、and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace and some industries spot supervision.Keywords：AT89C51 Ultrasonic wave Measure DistanceII目录目录摘要IABSTRACTII前言V1 绪论11.1课题设计目的及意义11.2超声波测距仪的设计思路21.3课题设计的基本内容和主要问题22主要元件介绍42.1单片机42.2

8、 HC-SR04超声波测距模块92.3 J12864点阵型液晶显示屏133课程的方案论证与设计173.1系统整体方案的论证173.2系统结构的设计183.3系统的主程序194电子元件焊接（做实物）214.1焊接工具214.2焊前处理与焊接技术21结论23参考文献24致谢26附录27前言前言随着科学技术的迅速发展，超声波测距系统在生活中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以利用的测距技术还十分的有限，因此，这是一个正在蓬勃发展的而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距系统作为一种新型的非常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，以满足日益迅

9、速发展的社会需求。超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，在车辆自动导航、机器入的定位和对象识别、海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。相位差法与脉冲回波法的不同体现在对回波的处理方式上，由超声波换能器接收端获得调制声波的回波，经放大电路转换后，得到与放大的相位完全相同的电信号，此电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测相位差就可算得所测距离。由于采用的是相位比较，使得测距精确度大大提高，但这种方法本身存在明显的缺陷。由于相位测量存在以2n为周期的多值解，从而容易造成解的不确定性。为了消除多解，常常

10、需要引入包络检测和采用发射多种不同频率波的方式减小不确定度，这就使得该方法的实现复杂化。III黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）1 绪论超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，在车辆自动导航、机器入的定位和对象识别、海洋水声以及工业距离的测量方面具有重要意义。常见的测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。1.1课题设计目的及意义超声波测距系统在人们生活中有很多应用。本课题设计目的是开发出一种精度高测距效果实用，成本低廉的超声波测距系统。1.1.1设计的实用价值随着科学技术的迅速发展，超声波测距系统在生活中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以利用的测距技术还十分的有限，因

11、此，这是一个正在蓬勃发展的而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距系统作为一种新型的非常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，以满足日益迅速发展的社会需求，例如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位更高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；大大降低潜艇自噪声，改善潜艇的声纳工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距系统将会逐渐与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多功能测距仪。随着测距

12、仪的技术进步，测距仪将从具有单纯测距功能发展到具有自主学习功能，最终发展到具有强大的创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将在生活中发挥更大的作用。1.1.2设计的理论意义随着科技的迅速发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市的排水系统也有较大的发展，其排水状况不断得到改善。但是，由于历史原因和许多不可预见的因素，有一些城市的排水系统，特别是排水系统落后于其他方面建设的城市，经常出现挖开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，城市的箱涵排污疏通对大城市的排水系统污水处理，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

13、人在箱涵中能自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人设计研制的核心部分。控制距离系统核心部分就是超声波测距系统的研制。因此，能把超声波测距系统设计好就显得非常重要了。这就是设计超声波测距系统的意义。30黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）1.2超声波测距仪的设计思路在设计超声波测距系统之前，应该先知道什么是超声波？超声波的原理是什么？1.2.1超声波简介众所周知，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Hz。人类耳朵能听到的声波频率为2020000Hz。当声波的振动频率大于20000Hz或小于20Hz时，人类便听不见了。因此，通常把频率高于20000Hz的声波称为“

14、超声波”。用于医学诊断的超声波频率为15MHz。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。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振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度。这就是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药品很难血流到打患病的部位。利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够疗效

15、。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎。1.2.2超声波测距原理发射器发出的超声波以速度在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表1 超声波传播速度与温度关系表项目数值温度-30-20-100102030405060100声速/( ms)3133193253323383443503563613673881.3课题设计的基本内容和

16、主要问题设计超声波的基本内容是：首先要查找超声波相关文献，搜集筛选制作超声波测距仪的材料。然后使用Protel DXP设计超声波测距仪的硬件结构电路图，这样能够有一个清晰的设计思路。左后根据电路图和实际情况制作出超声波测距仪的实物。在制作超声波测距仪时，遇到了很多问题。在元器件的选择上哪些元器件能够做到即实用又能降低成本是一个很重要的问题。例如：选择什么样的超声波测距模块？什么样的单片机比较实用，能够在快速计算的情况下保证运算的准确性？选择显示器时哪一中能更加直观而且美观？还有就是DXP的使用问题，在使用DXP时遇到了很多不能解决的问题，我在老师和同学的帮助下，把问题很好的解决了。最后就是在焊

17、接元器件的时候各种焊接工具的使用问题，例如要在不影响元器件功能的情况下把元器件焊的尽量美观；要注意焊接工具的安全使用，不用时及时把电源关掉，避免发生火灾。2主要元件介绍 这章主要介绍制作超声波测距系统的主要元器件。2.1单片机单片机作为超声波测距系统的核心运算模块在选择上是非常重要的，要考虑它的各种功能和价格，以下介绍单片机的选择和单片机的功能及原理。2.1.1 单片机的选择一般在系统的设计当中，能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适，而单片机更是是系统控制的核心，所以对单片机的选择更是异常重要。如果选择了一个合适的单片机不仅可以最大地简化系统的操作，而且其功能可能是最好的，

18、可靠性也比较高，对整个系统来说更方便。目前，市面上的单片机的种类繁多，并且他们在功能方面也是各自有各自的特点。在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有：（1）单片机最基本性能参数指标。例如：执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。（2）单片机的某些增强的功能。（3）单片机的存储介质。例如：对于程序存储器来说，最好选用的是Flash的存储器。（4）单片机的封装形式。封装的形式多种多样，例如：双列直插封装、PLCC封装及表面贴附等。（5）单片机对工作的温度范围的要求。例如：在进行设计户外的产品时，就必须要选用工业级的芯片，以达到温度范围的要求。（6）单片机的功耗

19、。（7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。（8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。（9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。2.1.2 51系列单片机的功能特点及测距原理单片机即单片微型计算机SCMC（Single Chip MicroComputer）。它把构成一台计算机的主要功能部、器件，如CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）、中断系统、定时/计数器等集中在一块芯片上，所以又称为微控制器MCU（Microcont

20、roller Unit）。相对于普通微机，单片机的体积要小得多，一般嵌入到其他仪器设备里，实现自动检测与控制，因此也称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。本设计的MCU采用的是DIP（Dual In-line Package塑料双列直插式）封装的AT89C51高性能8位单片机。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央

21、处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本,其引脚图如图1。图1 51单片机的引脚功能图2.1.3 AT89C51的引脚功能有： （1）电源引脚VCC（40脚）：正电源的引脚，工作电压是5 V。GND（20脚）：接地端。（2）

22、时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2为了产生时钟信号，在89C51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放大器，其中XTAL1端口就是片内反相放大器的输入端，XTAL2端则是片内振荡器反相放大器的输出端。单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是11.0592 MHz的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生时钟信号。时钟信号电路如图 2所示。图2 时钟信号电路（3）复位RST（9脚）当振荡器运行时，只要有有两个机器周期即24个振荡周期以上的高电平在这个引脚出现时，那么就将会使单片机复位，如果将这个引脚保持高电平，那么51单片机芯片就会循环不断

23、地进行复位。复位后的P0口至P3口均置于高电平，这时程序计数器和特殊功能寄存器将全部清零。本课题设计的单片机复位电路如图3所示。图3 单片机复位电路图(4)输入输出口（I/O口）引脚P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻（5-10K）。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双

24、向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P2口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。P3口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。由于P3端口具有第二功能，为广大电子发烧友提供了更加广阔的开发空间。其第二端口功能如下；a.P3.0 RXD（串行输入口）b.P3.1 TXD（串行输出口）c.P3.2 INT0（外中断0）d.P3.3 INT1（外中断1）e.P3.4 T0（定时计数器0外部输入）f.P3.

25、5 T1（定时计数器1外部输入）g.P3.6 WR（外部数据存储器写选通）h.P3.7 RD（外部数据存储器读选通）(5) ALEPROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。(6) PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。(7) EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。2.1.4 单片

26、机最小系统单片机最小系统是其他拓展系统的最基本的基础，单片机最小系统是指一个真正可用的单片机最小配置系统即单片机能工作的系统。对于80S51单片机，由于片内已经自带有了程序存储器，所以只要单片机外接时钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了。单片机的最小系统如图4所示。图4 单片机最小系统原理图2.2 HC-SR04超声波测距模块超声波测距模块是超声波测距系统的核心模块，它的量度和精度都会影响仪器的使用情况，本设计选择的是HC-SR04超声波测距模块。2.2.1 HC-SR04超声波测距模块特点HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到

27、 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：(1)采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2;2.2.2 HC-SRO4超声波测距模块实物和电气参数(1)图5为超声波测距模块的实物图，具体接线方式为VCC 供5V电源， GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。图5 HC-SR04测距模块的实物图（2）

28、HC-SR04主要技术参数： 1）使用电压：DC5V； 2）静态电流：小于2mA； 3）电平输出：高5V； 4）电平输出：底0V； 5）感应角度：不大于15度； 6）探测距离：2cm-450cm 7:高精度可达0.2cm； 7）接线方式，VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、GND。2.2.3 HC-SR04模块的超声波时序图时序图表明只需要提供一个10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8 个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：uS/58=厘米或

29、者uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响，如图6所示。图6 超声波发射器的时序图2.2.4超声波发射和接收电路设计超声波是一种振动频率超过20 kHz的机械波，它可以沿直线方向传播，而且传播的方向性好，传播的距离也较远，在介质中传播时遇到障碍物在入射到它的反射面上就会产生反射波。由于超声波的以上几个特点，所以超声波被广泛地应用于物体距离的测量、厚度等方面。而且，超声波的测量是一种比较理想的的非接触式的测距方法。超声波的发射电路设计超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。超声波探头将电信号转换为机

30、械波发射出去，而单片机所产生的40 kHz的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大电路，本设计选用MAX232芯片进行信号放大，超声波发射电路如图7所示。 图7 超声波发射电路 工作时，由单片机产生40 kHz的脉冲从P0.1口向超声波的发射电路部分发出信号，再经MAX232放大电路放大后，驱动超声波探头将超声波发射出去。超声波的接收电路设计由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路LM2

31、34芯片电路构成的，LM234芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单片机去请求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。LM234芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果。LM234芯片的4脚在外接电阻对它的带通滤波器的频率进行调节，而且不用再外接其他的电感，能够很好地避免外加磁场对芯片电路的干扰，而且它的可靠性也是比较高的。LM234芯片电路本身就具有很高的抗干扰的能力，而且灵敏度也比较高，所以

32、，能满足本设计的要求。超声波接收电路如图8所示。图8 超声波接收电路2.3 J12864点阵型液晶显示屏J12864液晶显示器在使用用上比LED数字显示器更加直观、美观。2.3.1点阵LCD的显示原理在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。对于显示英文操作，由于英文字母种类很少，只需要8位（一字节）即可。而对于中文，常用却有6000以上，于是将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码。那么，得到了汉字的内码后，还仅是一组数字，那又如何在屏幕上去显示呢？

33、这就涉及到文字的字模，字模虽然也是一组数字，但它的意义却与数字的意义有了根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状，如英文的A在字模的记载方式如图9所示：图9“A”字模图2.3.2 J12864点阵型LCD简介 12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。在使用12864LCD前先必须了解以下功能器件才能进行编程。12864内部功能器件及相关功能如下：1）指令寄存器(IR) IR是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相对应。当D/I=0时，在E信号下降沿的作用下，指令码写入IR。2

34、）数据寄存器(DR) DR是用于寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应 。当D/I=1时，在下降沿作用下，图形显示数据写入DR，或在E信号高电平作用下由DR读到DB7DB0数据总线。DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。3）忙标志：BF BF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在内部操作，此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。利用STATUS READ指令，可以将BF读到DB7总线，从检验模块之工作状态。4）显示控制触发器DFF此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY OFF），DDRAM的内容就显

35、示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF）。DDF的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。5）XY地址计数器XY地址计数器是一个9位计数器。高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。X地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置。Y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y地址自动加1，Y地址指针从0到63。6）显示数据RAM（DDRAM）DDRAM是存储图形显示数据的。数据为1表示显示选择，数据为0表示显示非选择。DDRAM与地址和显

36、示位置的关系见DDRAM地址表。7）Z地址计数器Z地址计数器是一个6位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加1，指向下一行扫描数据，RST复位后Z地址计数器为0。Z地址计数器可以用指令DISPLAY START LINE预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的DDRAM共64行，屏幕可以循环滚动显示64行。3课程的方案论证与设计本章主要介绍了在制作前的设计思路和计划。3.1系统整体方案的论证测量距离方法有很多种，短距离可以用尺，远距离有激光测距等，超声波测距适用于高精度中长距离测

37、量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用11.0592M晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。 目前比较普遍的测距的原理：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。由于超声波易于定向发射、方向性好、

38、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用温度传感器进行声波传播速度的补偿后，本设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。目前超声波测距已得到广泛应用，国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设计各种测距仪器，但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能，并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定、可靠。根据设计要求并综合各

39、方面因素，可以采用AT89C51单片机作为主控制器，它控制发射触发脉冲的开始时间及脉宽，响应回波时刻并测量、计数发射至往返的时间差。利用软件产生超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波；超声波信号的接收采用锁相环LM567对放大后的信号进行频率监视和控制。一旦探头接到回波，若接收到的信号频率等于振荡器的固有频率（此频率主要由RC值决定），则其输出引脚的电平将从“1”变为“0”（此时锁相环已进入锁定状态），这种电平变化可以作为单片机对接收探头的接收情况进行实时监控。可对测得数据优化处理，并采用温度补偿，使测量误差降到更低限度；AT89C51还控制显示电路，用动态扫描

40、法实现LCD液晶显示。3.2系统结构的设计超声波测距仪系统结构如图10所示。它主要由单片机、超声波发射及接收电路、超声波传感器、LCD液晶显示器电路及电源电路组成。系统主要功能包括：（1）超声波的发射、接收，并根据计时时间计算测量距离；（2）LCD液晶显示器显示距离；（3）当系统运行不正常时，用电平式开关与上电复位电路复位。图10 超声波测距仪系统结构框图3.3系统的主程序众所周知C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇

41、编语言混合编程。因为本设计对时间要求精度较高的部分全部由单片机内部的定时器完成，而C语言编程被广泛使用，所以本设计全部使用C语言编程。单片机发出40kHZ 的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LCD 显示。首先，给超声波测距系统同上5V电压的电源，打开开关，LCD显示器显示距离为000cm。然后超声波模块发出超声波，此时定时器开始计时。当超声波接收模块收到了超声波的回波时，计时器停止计时并且把数据传送给单片机进行计算。否则，超声波发射装置继续发出超

42、声波直到接收到回波。4电子元件焊接（做实物）最后就是制作实物，在制作过程中焊接是主要的手段。依据PCB所生成的图来焊接。4.1焊接工具电烙铁新烙铁使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。电烙铁要用220V交流电源，使用时要特别注意安全。应认真做到以下几点：1.电烙铁插头最好使用三极插头。要使外壳妥善接地。2.使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。3.电烙铁使用中，不能用

43、力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。不可乱甩，以防烫伤他人。4.焊接过程中，烙铁不能到处乱放。不焊时，应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。5.使用结束后，应及时切断电源，拔下电源插头。冷却后，再将电烙铁收回工具箱。4.2焊前处理与焊接技术焊接前，应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。 焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。1.右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。2.将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流

44、到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。3.抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。4.用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。 焊接处应该锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践，才能避免这两种情况。焊接电路板时，一定要控制好时间，太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时，可

45、将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。制作出的实物如图11图11 超声波测距仪实物结论结论 利用51系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观。经实际测试证明，该类测距仪工作稳定,能满足一般近距离测距的要求，且成本较低、有良好的性价比。由于该系统中锁相环锁定需要一定时间，测得的距离有误差，在汽车雷达应用中可忽略不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面，此误差不能忽略，可以通过改变一些硬件的应用实现对超声波的快速锁定或根据自己的需要在程序中加入测距软件补偿的代码，使误差进一步减小，可以满足更高要求。 本设计完整地做出之后可测量十米以内的距离。因为超声波的特性，测距时保

46、证传感器与被测物间，以及测量轴线上没有障碍物；且要尽量保证传感器轴线与被测物表面垂直；实际测距范围与被测物表面材料等因素有关，一般不要测量表面为毛料的物体表面。参考文献参考文献1 胡萍.超声波测距系统的研制.计算机与现代化，2003.102 时德刚，刘哗.超声波测距的研究.计算机测量与控制，2002.103 华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002 .54 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版 社，1993.65 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大 学出版社，1999.46 徐淑华，程退安，姚万生.

47、单片机微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工 业大学出版社，1999. 6.7 苏长赞.红外线与超声波遥控.北京：人民邮电出版社，1993.78 张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.109 九州.放大电路实用设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.510 樊昌元，丁义元. 高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.1011 苏伟，巩壁建.超声波测距误差分析.传感器技术，2004.12 永学等.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20及应用.电子产品世界， 2003.1213 胜全.D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制. 南京：南京 大学

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49、721 杨姣秀.基于单片机的超声波测距仪的设计.200822 深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书23 Tom R.Watt .Cooling our tomorrows economically ，ASHRAE Journal.24 Army Kayla. Improving efficiency in existing chillers with optimization technology ，ASHRAE Journal.25 D.Pearl mutter ， Eerily ， Y.Etzion ，I.A.Meir，H.Di ，Refine theuse of t

50、he evaporation in an experimental down-draft cool tower ，Energys .199526 olton W. Instrumentation&process measurement. Longman Scientific&Technical. 199127 Vizimuller. RF design guide-systems, circuits, and equations M. Boston： Artech House，1995.致谢致谢 从开始做论文到论文基本完成，经历了很长一段时间，从开始的一知半解到现在的全面了解算是经历了一个漫长

51、的过程。在这个过程中有无数人给了我莫大的帮助。 首先要感谢的是我的指导老师XXX老师。XXX老师在我还没有头绪的时候提示我该向哪个方向去思考，在我确定方向后，在我遇到困难的时候提示并帮助我该怎么做。特别是论文的整体设计给我很大的帮助，还有在我论文都定稿前认真的审阅了我的论文，放弃自己的休息时间，指出我的错误和不足的地方，在这里深表感谢！ 其次我要感谢和我度过四年大学生活的同学，因为没有你们的帮助我是无法顺利地完成这个课题的！还有个别同学的专业知识让我深表佩服，以及他助人为乐的精神让我无法忘却，深深感谢！ 还有我的母校，它给我提供了良好的学习环境，使我可以在这里学习自己想学习和自己要掌握的知识和技能。学校是个令人难忘的地方，在这里的时间是我无法忘记的。 一定要谢的还有我的父母，他们总是竭尽所能的给我提供更好的环境，让我心里充满感激，感谢之情无法言言喻！ 大学给我留下了我人生不可磨灭的印象，给我留下了美好的回忆。最后祝愿我的母校祝越来越美丽。祝福老师们身体健康，工作顺利！同学们都能找到称心的工作！附录附录附录1 整体电路图附录2 程序清单#include /包含单片机寄存器的头文件#include /包含_nop_()函数定义的头文件#defin