基于51单片机超声波测距毕业设计论文.doc

基于单片机的超声波测距系统设计 目录 摘 要 I 1绪 论 1 1.1 超声波测距研究意义及发展概况 1 1.2 超声波特性及超声换能器现状 2 2超声波测距系统的原理及设计方案 5 2.1 超声波发生器及测距原理 5 2.2 方案的设计 6 2.3 超声波的电路设计 8 2.4 超声波发射与接收电路 13 3软件设计 19 3.1主流程图 19 3.2温度读取程序 19 3.3 LCD显示流程图 20 3.4外中断服务程序 21 3.5超声波发射程序 21 结论 23 参考文献 24 附录1 部分程序 25 附录2 总电路图 28 后记 29 摘 要 本文介绍了一种基于单片机的超声波测距系统。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离，并且描述了系统研制的理论基础。文章概述了超声检测的发展及基本原理，介绍超声传感器的原理及特性，并且在介绍超声测距系统的基础上．提出了系统的总体构成。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，并且声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。超声波 测距 单片机超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。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。它也有自已的特性，如它的频率可以非常高，达到兆赫级，因此，它在介质中传播时能量可以集中在很小的范围内，具有良好的成束性，也就是方向性好。国内外相关研究情况需要实现的技术指标： 精度：可达10mm 第二章 超声波测距原理 1.研究方案及选择 1.1方案一：基于ARM[7]的超声波测距系统设计 以S3C2410为核心，通过对其进行软件编程，实现该芯片对其外围电路的适时控制,并提供给外围电路各种所需的信号,包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等等，大大简化了外围电路的设计难度，同时更重要的是该种设计方案大大节省了设计成本，并且由于采用软件编程技术，所以其移植性能好，在设计电路时可以将其他更多的功能设计进去[8]。频率为40kHz左右的超声波在空气中传播的效率最佳，发射的超声波被调制成40kHz左右，具有一定间隔调制脉冲波信号。测距系统结构如图2.1所示。系统由测距系统、控制和显示部分组成。 图2.1基于ARM的超声波测距系统框图 1.2方案二：采用CPLD采用CPLD运用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）编写程序使用MAX+plus II软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。超声波测距仪设计中采用的是MAX7000s系列中的EPM7128SLC84-15的CPLD器件其最高频率可达175.4MHz，可用于组合逻辑电路、时序逻辑电路、算法、双端口RAM等的设计。充分利用了其多达128个宏单元、68pin可编程I/O口，使该器件可以将分频功能、计数功能、显示编码功能、振荡功能全部集于一体。又因其延时平均的特点，保证了测距结果精度高、响应速度快。EPM7128SLC84-15的算法复杂，所以在软件实现起来编程也复杂。 1.3方案三：采用51单片机控制的超声波测距系统 采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即： S=vt/2 原理框图如2.2所示。 t 障碍物 s 超声波发射 超声波接收 图2.2 超声波的测距原理 方案一统能够实现自动测距、自动探伤和实时显示功能，集探伤、测距