超声波测距仪设计开发毕业论文.doc

超声波测距仪设计开发毕业论文 目 录 前 言 1 第一章 超声波测距系统工作原理 2 第一节 超声波概述 2 第二节 超声波传感器简介 3 一、压电式超声波传感器 3 第三节 超声波传感器原理 5 一、测距原理 5 二、超声波测量中盲区及近限和远限 5 三、提高测距仪的措施 6 第四节 超声波测距仪系统设计 7 一、论文设计内容 7 二、硬件设计内容 7 第五节 本章小结 8 第二章 系统硬件设计 9 第一节 电路原理设计 9 一、设计总体思路 9 第二节 主要元器件介绍 9 一、单片机STC89C52 9 二、超声波传感器HC-SR04 11 三、显示电路LCD1602 14 四、按键电路 22 五、下载电路 22 第三节 本章小结 24 第三章 系统软件设计 25 第一节 软件设计总体方案 25 一、主程序设计总体思路 25 二、测距子程序软件设计 26 三、显示程序设计 27 四、按键程序设计 29 第二节 本章小结 31 第四章 超声波测距的误差分析 32 第一节 超声波测距测量结果 32 一、测量结果 32 二、误差分析 32 第二节 本章小结 34 结 论 35 致 谢 36 参考文献 37 附 录 38 一、英文原文 38 二、英文翻译 44 三、电路图 49 四、源程序 50 前 言 超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。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。 由于超声波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、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，超声波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，因此可以广泛运用在工厂对模具经行校验的过程中，因此超声波测距在精确实时测量的研究上得到了广泛应用。 超声波测距原理是发射器发出的超声波以速度v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s=v*t/2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，下表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。考虑到该系统应用场合不具特殊性，因此速度v选择常温下的速度344m/s。 表1.1 超声波波速与温度的关系表 温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386 第一章 超声波测距系统工作原理 第一节 超声波概述 声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。在科学史上，声学是发展最早的学科之一。然而，由于超声是人耳听不到的信号，直到18世纪，人们才开始研究海豚、蝙蝠等动物时，才推测自然界存在超声波。声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波和特超声波。当声的频率高到超过人耳的频率极限时，人们就觉察不出声的存在，我们称这种高频率的声为超声。频率高于人类听觉上限频率(约20000Hz)的声波，称为超声波，或称超声。超声波在介质中传输的速度即介质的声速。它是一秒钟超声波等相位面通过的距离，与介质的密度和弹性性质有关。对于液体介质，只能传播纵波。声速参数与声介质、声阻抗及生衰减等有很大关系。 声速是随着介质及其状态(如温度)的不同而不同。如在常温下，空气中的声速约为344m/s，在水中的声速约为1440m/s，而在钢铁中约为5000m/s。除水以外，大部分液体的声速随温度的升高而增加。流体中的声速随压力的增加而增加。