基于单片机的超声波测距仪的设计LCD.doc

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.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.超声波测距的原理 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。 (2)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。 (3)超声波的干涉 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。 2.2 超声波测距系统原理 2.2.1 超声波传感器 总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。他们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。超声波传感器结构如下： 图 2超声波传感器外部结构 图 3 超声波传感器内部结构 2.2.2 超声波测距的方案 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 4 测距原理 由于超声波也