超声波测距论文

四川师范大学成都学院专科毕业设计基于51超声波测距系统设计学生姓名×××学号××××××××××所在学院电子工程学院专业名称电子信息工程/自动化班级2011级指导教师×××四川师范大学成都学院二○一五年五月基于51超声波测距系统设计学生：指导老师：内容摘要：超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。

系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括发射电路、接收电路、单片机电路、电源电路和显示电路，另外还有LCD控制电路和复位电路等。我采用以AT89S51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。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回，在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收，计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机，通过程序对速度进行校正，

结合两者实现超声波测距的功能。软件程序由主程序、发射子程序、接收子程序、预置子程序、显示子程序等模块组成。它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LCD上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。在设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。关键词：AT89S51超声波测距DesignforTheultrasonicrangingsystemAbstract:Isthefrequencyat20kHzultrasonicsoundwavesabove,itisamechanicalwave.Alsofollowthegeneralmechanicalultrasonicwavepropagationinelasticmedia,suchasreflectionandrefractionattheinterfacemediaintothemediaafterthedecayoccurs,suchasdielectricabsorption.Itisbecauseoftheseproperties,sothatultrasoundcanbeusedtomeasurethedistance.Withincreasinglevelsoftechnology,ultrasonicrangingtechnologyiswidelyusedamongpeople'sdailyworkandlife.Designofthesystemconsistsoftwoparts,namelyhardwareandsoftwareprograms.Thehardwarecircuitincludesatransmittercircuit,areceivercircuit,themicrocontrollercircuit,apowersupplycircuitandadisplaycircuit,inadditiontotheLCDcontrolcircuitandaresetcircuit.IusedtoAT89S51core,low-cost,high-precision,miniaturizedultrasonicrangefinderdigitaldisplayhardwarecircuits.Theentirecircuitismodularindesign,thesignaltransmissionandreception,power,temperaturemeasurementanddisplaymodule.SignalamplificationanddetectionprobelaunchafterlaunchoutMCUtimerisstarted,theoriginalwaybackaftertheultrasoundwaslaunched,afteramplificationbandpassfilteringplasticandothersectors,thenthemicrocontrollerreceivesthecountertostopworkingandgetthetime.Afterthetemperaturemeasurementtothemicrocontroller,thespeedthroughtheprocessofcorrectingacombinationofbothtoachieveUltrasonicRangingfunction.Softwareprogramfromthemainprogram,launchsubroutinereceivessubroutine,presetroutines,subroutinesandotherdisplaymodules.Itcontrolsthemicrocontrollerfordatatransmissionandreception,atacertaintemperaturecorrectionofultrasonicvelocity,aswellasdataontheLCDdisplaycorrectly.AnotherprocedurecontrolsthemicrocontrollertoeliminatetheinfluenceoftheprobefortransmittingandreceivingultrasonicwavesAccompaniedbytherelevantpartofthehardwareschematics,programflow.Theactualenvironmentofgreatinfluenceontheultrasonicwave,suchasanexternalelectromagneticinterferencepowerinterferencechannelinterference,etc.,thetemperatureoftheairisalsoagreatinfluenceonthespeedoftheultrasonicwave.Besidesmeasuringthepowersupplyalsomakegreaterrorofpoorstudents.Redesignprocesstoconsiderthesefactors,andgivessomesolutions.Keywords:AT89S51UltrasonicwaveRanging目录 前言.......................................................................11超声波测距系统介绍.... .21.1超声波测距系统的研究内容 21.2超声波测距原理与方法 31.2.1超声波简介 41.2.2超声波的物理量性质 41.3.超声波对声场产生的作用 51.4超声波传感器介绍 51.5超声波的测距原理及结构 71.6超声波传感器选择 91.6.1超声波测距的原理 101.7发射脉冲波形 131.8本章小结 152系统硬件设计 152.1发射电路设计 152.1.1发射电路设计方案 162.1.2发射电路方案 162.1.3超声波发射器的注意事项 162.2接收电路设计 162.3单片机显示电路设计 173软件设计与测量结果分析 173.1系统软件设计 174结束语 355致谢 35\l"_Toc106949685#_Toc106949685"附录 35\l"_Toc106949686#_Toc106949686"参考文献 35基于51超声波测距系统设计前言近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波指的是20kHz以上的声波。超声波同样遵循一般机械波在介质中的传播规律，比如在介质的分界面处发生折射及反射现象，进入介质后而被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。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。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。国外超声波测距仪技术领先，产品齐全，性能比较稳定，市场需求量大，测量精度高，测量误差小。超声波测距系统介绍1.1超声波测距系统的研究内容本系统硬件部分由AT89C51控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路DS18B2和LCD显示电路组成。并采用LCD显示环境温度，当移动被测物体时，发射和接收电路工作，经过AT89C51数据处理将距离也显示到LCD上。超声波测距器的系统框图如图1.1-1所示。LCDDS18B12发射电路接收电路AT89C51LCDDS18B12发射电路接收电路AT89C51图1.1-1系统设计总框图由单片机AT89C51编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。超声波经障碍物反射回来，超声波接收头接收此信号，然后通过接收电路的处理，指定接收口就变为低电平，读取单片机中定时器的值。由图1.1-2时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。 图1.1-2时序图1.2超声波测距原理与方法1.2.1超声波简介超声波技术是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都可使用的通用技术之一。超声波技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波的研究特别活跃。1.2.2超声波的三种形式超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：横波，质点振动方向垂直于传播方向的波；纵波，质点振动方向、波的传播方向一致；表面波，质点振动介于纵波、横波之间。横波只能传播在固体里，纵波能在气体、液体和固体中传播，表面波随深度的增加而衰减更快。一般采用纵波形式的超声波来测量各种状态下的物理量。1.2.3超声波的物理性质★超声波的反射和折射：当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的平面分界面上时，一部分超声波被反射；另一部分透射过界面，在相邻介质内部继续传播。这样的两种情况称之为超声波的反射和折射。★超声波的衰减：超声波在一种介质中传播，其声压和声强按指数函数规律衰减。★超声波：如果在一种介质中传播几个声波，于是产生波的干涉现象。由于超声波的干涉，在辐射器的周围形成一个包括最大最小的扬声场。1.3超声波对声场产生的作用★机械作用:超声波传播过程中，一般会引起介质质点交替的伸张与压缩，造成了压力的变化，引起机械效应。超声波引起质点的运动，尽管位移和速度不大，但是与超声波振动的频率的平方成正比的质点的加速度却很大，有时足以破坏介质。★空化作用:流体动力学指出，在声场作用下振动的液体中的微气泡在达到一定声压值的时候，气泡会迅速膨胀，之后就突然闭合，而在气泡闭合时产生冲击波，这种膨胀、闭合、振动等一系列动力学过程就叫做为空化。★热学作用:如果超声波作用于介质时被介质所吸收，实际上也就是有能量吸收，同时，由于超声波的振动，使介质产生强烈的高频振荡介质相互摩擦产生热热量，这种能量使介质温度升高。1.4超声波传感器介绍总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是利用机械方式产生出超声波，一类是利用电气方式产生出超声波。机械方式有液哨、气流旋笛和加尔统笛等；电气方式则包括电动型、磁致伸缩型和压电型等。他们产生出的超声波频率、功率和声波特性都各自不相同，因此用途也不尽相同，压电式超声波发生器是目前比较常用的发生器。实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片、一个共振板。当压电式超声波发生器的两极外加脉冲信号，频率等于压电晶片的固有振荡频率的时候，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波。相反，未在两极间加电压时，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动来转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。超声波传感器结构如图1.4-1和图1.4-2所示：图1.4-1传感器的外部结构图1.4-2传感器的内部结构1．5超声波的测距原理及结构在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(1.2.2.1-1)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。(1.5-1)式中，V为超声波在介质中的传播速度单位为m／s，

T为实际温度单位为℃。

超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，因此，利用超声波的这种性质就可制成超声波传感器。目前常用的超声传感器有两大类，即流体动力型与电声型。流体动力型中包括有气体、液体两种类型的哨笛。电声型主要有压电传感器、静电传感器和磁致伸缩传感器。

压电传感器的探头由楔块、压电晶片和接头等组成。压电材料可分为压电陶瓷和晶体两类。属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钦酸钡等，属于晶体的如石英，铌酸锂等，其具有下列的特性:把这种材料置于电场之中，它就产生一定的变化;相反，如果对它施以外力，由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。

超声波传感器通常由双压电陶瓷片制成的。这种超声波传感器需要较少的压电材料，价格低廉，非常适合于气体和液体介质。当压电陶瓷改变交流电压的大小和方向，根据压电效应，压电陶瓷片将产生机械变形，机械变形是与在一定范围内所施加的电压大小和方向成比例的。即在压电陶瓷晶片上加有频率为交流电压，它就会产生相同频率的机械振动，以促进这种介质，例如空气，可发射超声波。如果在压电陶瓷片上，这将使得机械变形时，压电陶瓷片的机械变形，产生与机械超声波相同频率的电信号。图1.5-1双压电晶片示意图 双压电晶片的等效电路如图1.2.2.1-1所示，R是电损耗，C0为静电电容，R是损耗串联电阻，联电阻Cm、Lm是机械共振回路的电容和电感。压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率ƒ0，发射超声波时，加在它两端的交变电压的频率必须和它的固有谐振频率保持一致。在这种情况下，超声波传感器具有很高的灵敏度。当改变压电材料常数和改变压电陶瓷片，由超声波换能器的频率特性很容易改变使用的固有谐振频率的几何形状1.6超声波传感器选择在超声波测量系统中，频率取得太高，在传播的过程中衰减较大，检测距离越短，分辨力也变高；频率取得太低，外界的杂音干扰会相应的变多。文中所采用的探头是40KHz的收发分体式超声传感器，由发射传感器UCM-T40KI和接收传感器UCM-R4OKI组成，其特性参数如表1.6-1所示。表1.6-1传感器特性参数表型号UCM-T40K1UCM-R40KQ结构开放式开放式使用方式发射接收中心频率40±1KHz38±1KHz频带宽2±0.5KHz2±0.5KHz灵敏度110dBV/ubar-65dBV/ubar声压115dBmin(0Db=0.02mPa)-70dBmin(0Db=1V/ubar)指向角75°80°容量2500±25%pF2500±25%pF1.6.1超声波测距的原理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）渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。 图1.2.2.3-1测距原理由于超声波也是一种声波，其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速就增加0.6米／秒。表1.6.1-1列出了几种温度下的声速：表1.6.1-1声速与温度的关系表温度（摄氏度）-30-20-100102030100声速（米/秒）311319325331337343349389在使用时，假设温度变化不是大的话，则可以当做声速c不变，计算的时候取c的大小为340m/s。只是测距精度要求很高的时候，就可以在硬件电路基本上保持不变的情况下通过软件来加以校正以及改变硬件电路增加温度补偿电路的方法。

在本系统中利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DS18B20测量环境温度，从而提高测距精度。空气中声速与温度的关系可表示为：（1.6.1-1）声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离：L=1/2(331.4+0.6T)t（系统中应用该式进行温度补偿）。1.7发射脉冲波形 超声测距常用的发射脉冲波形如图2.7所示有衰减振荡脉冲、单个尖脉冲、宽等幅波列脉冲和窄等幅波列脉冲。单个尖脉冲衰减振荡脉冲窄等幅波脉冲宽等幅波脉冲图1.7-1超声波测距常用发射脉冲波形1.8本章小结本章介绍了超声波的形成、超声波在传播过程中的反射折射规律以及如何衰减;通过详细分析超声传感器的内部结构以及影响超声传感器的几个重要参数给出本系统设计中所用超声传感器的特性参数；析了超声波测距的基本原理，并在此基础上给出了测距的几种常用方法以及传感器指向角、环境温度、工作频率、发射脉冲波形。2系统硬件设计系统硬件主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路和温度补偿电路四部分组成。随着超声波测量技术的不断提高，用超声波测量任何目标物体，都存在着超声波的发射和接收问题。不论超声波传感器的大小、形状、灵敏度有何不同，其工作原理都是一样的（都是利用压电晶体将电能转换为机械振动弹性能，即在媒质中产生超声波），要提高超声测量的精度或分辨力，必须从超声波的发射和接收两方面入手，这也是设计超声测量仪器的关键和难点所在。

发射电路采用单片机P1.0端口编程输出大概40KHz的方波脉冲信号，同时开启内部计数器T0单片机端口输出功率比较弱，所以加大加功率放大电路使测量距离能够满足要求，驱动超声传感器UCM-40T发射超声波距离足够远。

由于从接收传感器探头UCM40T传来的超声波回波很微弱，只有几十个mV级，同时又有着较强的噪声，所以必须考虑放大信号和抑制噪声。这里使用CX

20106A集成电路对接收探头接收滤波，信号经过P2.7端口送入单片机中进行处理。为节省硬件考虑，显示电路采用动态扫描显示。通过单片机编程将内部计数得到的时间数据，转换为距离信息，通过三位LED数码管显示。2.1发射电路设计40kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：使用软件如单片机软件编程输出或采用硬件如由555振荡产生，本系统采用前者。编程由单片机P1.0端口输出40

kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40

kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波形式发射到空气中。发射部分的电路，如图3-1所示。图中输出端上拉电阻R31，一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间，另一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力。图2.1超声波发射电路2.1.1发射电路设计方案一、发射电路输出波形分析1，发射波形电压及功率传感器的发射电压大小一般是由发射信号损失及接收机的灵敏度决定；考虑实际发射传感器最大输入电压为20V，而单片机输出的最大正常工作电压为5V，功率传感器传输的信号直接决定超声波距离传感器信号的发射，所以在相同的时间内电压应考虑如何增加他们的功率，以使发射电路是比较合理的。

2.发射波形的重复性

各个振动的发射波应是以大致相同的频率，这样，接收的带通滤波器可用于消除干扰和接收相同的振动波峰，以避免由于反射面和干涉障碍物造成的各种损失。为了获得高的分辨率，超声发射器的电路设计应确保良好的发射波形的重复性。

为了保证发射波功率和波形的重复性，发射电路的设计必须合理。一般发射电路通常按发射方式分为:

单脉冲发射、多脉冲发射和连续发射。测距所用超声波一般都是间断单脉冲发射，每测距一次，发送、接收一次。间断地激发换能器晶片振动。2.1.2发射电路方案从上面的分析可以知道，发射电路设计的主要目的是提供输入到发射探头电压和功率。本系统单片机的P1.0发出了一组方波脉冲信号，输出波形稳定可靠，但由于输出电流和输出功率非常低，所以还不足以推动发射传感器发射足够的超声波信号，所以在这里加入了一个单电源乙类互补对称功率放大电路，如图2.1.2-1所示。图2.1.2-1超声波发射电路2.1.3超声波发射器的注意事项超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射超声波的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物反射后立即返回来，超声波接收器收到反射波后就会立即停止计时。超声波在空气中的传播速度约为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出超声波发射点距障碍物的距离(s)，即为：s=340t/2，这就是所谓的时间差测距法。

存在4个因素限制了该系统的最大可测距离：超声波的幅度、反射的质地、反射回波和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。

误差一般由以下几个方面引起的：

●探测目标的入射角α会受超声波波束影响；

●待测距离的远近关系着超声波回波声强，就会导致实际测量时不一定是第一个回波的过零点触发；

●传播速度的影响。超声波传播速度的稳定与准确度是保证测量精度的必要条件，而超声波的传播速度又受传播媒质特性的影响。传播媒质的压力、温度、密度都将对声速产生直接的影响，因此需对声速加以修正。

●由于超声波利用接收发射波来进行距离的计算，因而不可避免地存在发射和反射之间的夹角，其大小为2α，当α很小的时候，可直接按式S=2SCt/V进行距离的计算；当夹角很大的时候，必须进行距离的修正，修正的公式为：（2.1.3-1）实际的调试过程中，要十分注意发射和接收探头在电路板上的安装位置，这是因为每一种超声波发射、接收头都有一个有效测量夹角，这里用到的发射、接收头有效测量夹角为45°。接收换能器对超声波脉冲的直接接收能力将决定该系统最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射接收的设计方法。2.2接收电路设计接收部分主要由接收换能器和放大电路组成。里面的放大电路是一个三级运算放大器A1，功能是将从目标处反射回来的微弱信号进行放大整形后送入计数控制电路部分。由于在距离较远的情况下，回波信号很小，转换为电信号的幅度也较小，此要求将信号放大60万倍左右。采用三级放大：前两级放大100倍，用高精密放大器LM318，带宽为15MHz，充分满足要求；第三级采用LF353运算放大器，宽为4MHz。放大后的交流信号经光电隔离送入比较器，比较器的作用是将交流信号整形为一个方波信号，输出信号送入555单稳态触发器。

前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，并抑制其它的噪声和干扰，从而达到最大信噪比，以利于后续电路的设计。图2.2-1前置放大电路图电路如图2.2-1所示，超声波换能器的输出电阻比较大，因此要有足够大的前置放大器的输入阻抗(InputImpedance);换能器的输出电压的前置放大电路是由一个高输入阻抗及高精度放大器TL082和电阻Rp，R2和R3组成的反向放大电路，从而可降低在地上的噪声。由电路可列出：(2.2-1)(2.2-2)理想化放大器后；1.可以认为集成运放的两个输入端之间净输入的电压U为零，，若把它理想化，则有U=0，但不是短路，所以叫它为虚短。

2.可以认为集成运放的两输入端没有电流通过，则净输入电流I=0，但不是断开，所以叫它为虚断。

故可知本电路中：U+=0，U-=U+=0所以有（2.2-3）上式表明，输出电压与输入电压成比例运算关系，式中的负号表示U与iU反相。电路的电压放大倍数为：(2.2-4)根据本设计需要，接收传感器输出电压很小(数十毫伏)，故分别取=1KΩ；=200KΩ；=1KΩ，即放大电路将输入信号放大200倍。2.3单片机显示电路设计在单片机应用系统中，发光二极管LED显示器常用两种驱动方式：静态显示驱动和动态显示驱动。所谓静态显示驱动，就是给要点亮的LED通以恒定的电流即每一位LED显示器各引脚都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口。单片机只需要把要显示的字形段码发送到接口电路并保持不变即可，如果要显示新的数据，再发送新的字形段码。因此，使用这种方法单片机中CPU开销小，但这种驱动方法需要寄存器、译码器等硬件设备。当需要显示的位数增加时，所需的器件和连线也相应增加，成本也增加。而所谓动态显示驱动就是给欲点亮的LED通以脉冲电流，即采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮，这时LED的亮度就是通断的平均亮度。考虑各种因素，本设计选用动

态驱动显示，其仿真电路如图2.3-1所示。图2.3-1显示部分电路图但是声音的速度在不同的温度下可能会有所改变，所以采用了温度补偿功能了提高系统的精度。这里采用的主要元器件是Dallas半导体公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，其具有智能化、体积小、精度高、线路简单等特点。将DS18B20数据线与单片机的P1.1口相连，就可以实现温度测量，如图2.3-2所示。图2.3-2DS18B20温度测量电路3软件设计与测量结果分析3.1系统软件设计■DS18B20温度传感器接口模块，分为初始化程序、写入命令以及读取子程序等部分；■基于数码管的显示模块，分为初始化子程序、写入子程序以及显示子程序；■温度补偿与距离计算模块、分为超声波发送控制程序、接收处理程序、温度补偿子程序等；■本次设计使用C语言编写程序，C语言相比汇编有许多的优势；编译器使用KeilVersion4进行程序编译，Keil功能强大使用方便[12]。主程序，分为系统初始化、按键处理以及各个子程序的调度管理等部分。如图3.1-1所示描述了各个模块的关系：DS18B20初始化DS18B20初始化数码管显示超声波接受超声波发射距离计算温度补偿温度数码管显示超声波接受超声波发射距离计算温度补偿温度图3.1-1系统软件方框图本设计程序的思想如下：◆温度为两位显示，距离为四位显示单位为mm；

◆温度每隔900ms采样一次，DS18B20在12位精度下转换周期为750ms

,故900ms满足该速度要求；超声波每隔60ms发送一次。

◆按键S为测量启动键；

◆系统采用AT89S51的内时钟：12MHz；

◆没有使用看门狗功能；

◆超声波发送一定时间后才开始启动检测，避免直达信号造成误判。所以系统最小测量约为112mm；如图3.1-2所示：开始开始单片机初始化单片机初始化定时中断子程序定时中断子程序有回波吗？ N有回波吗？Y外部中断子程序 Y外部中断子程序 图3.1-2主程序流程图4结束语本设计是以AT89C51为核心，借助于模数电技术和单片机技术的结合，解决了超声波测距的一些难题。灵活的运用超声波换能集成电路作为超声波的接收电路，在讨论了超声波测距原理、硬件电路实现和软件设计方法基础上，完成了超声波测距的设计要求。利用单片机的运算和控制功能，利用超声波的特性设计出的一种简单的测距系统。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，随着科学技术的快速发展，超声波的应用将越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的超声波技术还十分有限，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。在设计中，我们的设计思维，发现问题和解决问题的能力得到了很大的提高，也对电子设计有了很大的兴趣。现在的社会是科技的社会，在以后的学习生活中，我们会更加努力学习培养自己独立思考的能力，从而更加适应社会。5致谢在一个学期的设计和学习当中，我逐步了解了整个设计内容和过程，并且学到了很多新的东西。通过对实际工程的了解、设计不但使我加深了对理论知识的理解，对专业知识的全面认识，更重要的是将理论知识应用到了实践中，应用到了实际工程中，真正做到了学以致用、理论与实践相结合。同时，通过对设计中困难的克服，也锻炼了我的思考问题、解决问题的能力以及自学能力，在这次设计中我也对本专业前沿的一些知识和发展方向有了了解，开阔了我的眼界、扩大了我的知识面，这些都将为我以后的工作奠定良好的基础。在这次论文设计过程中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的知识。在以后工作和学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。附录#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoid

delay(uint

z)

{

uint

x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

//

void

delay_20us()

{

uchar

a

for(a=0;a<100;a++);

}

//***************************************************************

//显示数据转换程序

void

display(uint

temp)

{

uchar

ge,shi,bai;

bai=temp/100;

shi=(temp%100)/10;

ge=temp%10;

wela=1;

P0=0xf7;

wela=0;

dula=1;

P0=table[bai];

dula=0;

delay(1);

dula=1;

P0=0x00;

//关位码

dula=0;

wela=1;

P0=0xef;

wela=0;

dula=1;

P0=table[shi];

dula=0;

delay(1);

dula=1;

P0=0x00;

//关位码

dula=0;

dula=1;

P0=table[ge];