基于单片机的超声波测距系统的设计与实现论文.doc

基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文 目 录 第一章 绪论 1 1.1 研究的和意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 课题研究内容和意义 2 第二章 超声波测距的原理 5 2.1 超声波介绍 5 2.2 超声波传感器的介绍??? 5 2.2.1 传感器的选择 6 2.2.2 超声波测距的原理 7 2.2.3 温度补偿 8 2.2.4 测量盲区 9 2.3 本章小结 9 第三章 系统硬件设计 10 3.1 系统硬件设计 10 3.2 单片机概述 11 3.2.1 STC89C51主要性能特点 11 3.2.2 STC89C51结构组成 12 3.2.3 STC89C51内部组成 14 3.3 超声波发射电路设计 15 3.3.1 发射电路设计方案 15 3.3.2 超声波发射器的注意事项 16 3.4 超声波接收电路设计 17 3.5 LCD显示部分 18 3.6 报警部分 20 3.7 DS18B20部分 21 3.8 本章小结 21 第四章 系统软件设计 22 4.1 系统软件设计 22 4.2 外部中断子程序 24 4.3 定时器中断子程序 25 4.4 重要功能实现 26 4.4.1 实现温度读取功能 26 4.4.2 实现温度转换声速 27 4.4.3 实现距离计算 27 4.5 实验测量数据 28 4.6 本章小结 28 结论 29 参考文献 30 谢辞 31 附录一（实物图） 32 附录二（Proteus仿真图） 33 第一章 绪论 1.1 研究的和意义 图1.3时序图 通过本次设计，完善自我，学习了解单片机的相关知识。并且能够具体了解基于单片机的超声波测距的发展现状以及能进行简易测距仪器制作。这对我们以后的工作生活是非常有意义的。 第二章 超声波测距的原理 2.1 超声波介绍 所谓超声波就是频率超过20KHz人耳不能辨识的音波。如今超声波被应用到诸如工业、医疗、军事等各种行业当中。 超声波的特点： （1）超声波传播过程中，方向性很强，能量集中。 （2）超声波的传播适应于各种不同媒质，传播距离够远。 （3）超声波载体性很强，可作为载体进行治疗操作。 （4）超声波能够在固、液、气、固熔等介质中传播。 （5）超声波传递的能量可以很强。 （6）超声波具有反射的现象。这是其之所以能够成为测量距离的重要方法之一的原因之一。 （7）超声波不但是一种波动形式，可作为媒介如B超等进行医疗诊断；同时也是一种能量形式，可对患者进行治疗。 2.2 超声波传感器的介绍??? 超声波发生器可分为两大类： 一是电气方式产生超声波； 二是机械方式产生超声波。 而压电式超声波发生器是目前常用的。?超声波传感器结构如下图2.1和图2.2。 图2.1超声波传感器外部结构 图2.2超声波传感器内部结构 2.2.1 传感器的选择 本课题设计选用的是HC-SR04超声波模块。HC-RS04模块不但性能比较稳定、测度距离精确，而且该模块的测量精度高，盲区小。 可用于机器人避障，物体测距，液位检测，公共安全，停车场检测。 电气参数如下表2.1。 表2.1超声波模块HC-SR04的电气参数 电气参数 超声波模块HC-SR04 工作电压 DC5V 工作电流 15mA 工作频率 40KHz 最远射程 4m 最近射程 2cm 测量角度 15度 输入触发信号 10uS的TTL脉冲 输出回响信号 输出TTL电平信号，与射程成比例 规格尺寸 45*20*15mm 基本工作原理： 采用I/O口TRIG触发测距。能够给出至少10us的高电平信号。 该模块将会自动向外界发送8个40KHz的方波。并且还能够自动检测是否有信号返回。当信号返回时，I/O口对此作出响应而输出一个高电平。这个高电平所持续存在的时间就是超声波往返的时间。 本模块的使用方法非常简单。通过控制口发一个10μs以上的高电平,然后在接收端等候高电平输出。当高电平输出时，定时器开始计时。这个端口的高电平经过一段时间后会变为低电平。变为低电平的一瞬间我们所读取定时器的值，就是这次测量距离的时间。这样就可以算出距离。通过不断的进行周期测量，就可以得出移动测量的值。 2.2.2 超声波测距的原理 超声波测距方法主要有三种： 声波幅值检测法： 该方法虽然最廉价最简单但容易受反射波的影响，精确度却是最低，在此就不详细介绍了。 （2）相位检测法：