基于单片机的超声波测距仪的设计_毕业设计论文.doc

基于单片机的超声波测距仪的设计 目 录 1.引言 1 1.1 设计的应用前景 1 1.2 单片机应用系统概述 1 1.3 超声波测距系统概述 2 1.4 本设计任务主要要求 3 2.超声波测距原理 3 2.1 超声波的基本理论 3 2.2 超声波测距系统原理 4 3.系统主要硬件电路设计 5 3．1 超声波测距系统电路总体设计方案 5 3.2 超声波发射和接收电路的设计 6 3.3 单片机主机系统电路 8 4.系统软件设计 12 4.1 系统程序的结构 12 4.2 系统主程序 13 4.3 40KHz超声波发送子程序 14 4.4 DS18B20温度采集程序 15 4.5 距离计算子程序 15 4.6 数据转换子程序 15 4.7 LCD显示子程序 16 4.8 基于Proteus的软件仿真 17 5.后续研究工作 18 5.1 超声波发射波形的改进 18 5.2 样机的制作 18 5.3 进一步研究系统的抗干扰性能 18 致谢 19 参考文献 19 附录 21 基于单片机的超声波测距仪的设计 摘要 利用超声波测距原理，出于低成本、高精度的目的，提出了一种基于AT89S52的超声波倒车雷达系统的设计方案。硬件部分采用AT89S52单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、LCD显示电路和报警电路。在分析超声波测距原理的基础上，给出了实现超声波倒车雷达系统的硬件设计电路图和软件设计流程图。该系统测量精度为1cm，测量范围为0.50-4.00m，完全能够满足汽车倒车系统的设计要求。 关键字 单片机 超声波 温度补偿 测距 LCD显示 角度补偿 1.引言 1.1 设计的应用前景 目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便。而本设计成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出警告声，提醒驾驶员注意刹车本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车如集装箱车、载货车、公共汽车等倒车交通事故——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。 单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。通常开发一个单片机系统的步骤如下： 图 1 技术路线 1.3 超声波测距系统概述 随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。 超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。 超声波测距适用于高精度的中长距离测量，超声波在标准空气中的传播速度为331.45m/s，由单片机计时，单片机使用12.0MHz晶振，所以此系统的测量精度在理论上可以达到毫米级。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上述特性做到对倒车距离实时和高精度的检测，同时，此系统成本低、设计简单、精度和稳定性好，有望得到广泛的应用，从而减少交通事故的发生。 1.4 本设计任务主要要求 （1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控； （2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm； （3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 2.超声波测距原理 2.1 超声波的基本理论 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。 2．1.1 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，质点振动方向与传播方向一致的波；表面波，质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。 2.1.2 超声波的物理性质 (1) 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