超声波测距系统研究.doc

超声波测距系统研究 1.1项目研究背景及意义 如今社会里，科学技术不停地朝着更加先进的方向发展着，而科学技术创新也为电子产业的发展注入了新元素，车载电子安全也进入了一个新的平台。如今各种类型的车辆设计中几乎都不可否认地会用到倒车雷达，以至于倒车雷达在汽车安全中所占的地位越来越高。 目前用在汽车的倒车雷达里面，大部分显示器件都是采用数码管或者液晶显示器，而报警部分往往都是用的蜂鸣器，控制核心几乎都是用单片机，本系统中选用的显示器件为LCD1602显示器。 　　超声波测距扮演着越来越重要的角色，不论是液位高度探测还是水平距离探测都离不开它。 在测距中往往要考虑到对象颜色和光线的影响，而超声波测距则不用考虑这些因素，因为它的检测方式为非接触式。并且同时还具有高可靠、不污染、少维护、寿命长等特点，所以相比其他的测距形式，超声波测距在高温、烟尘、气体腐蚀、湿润等低劣条件下更能优秀地完成工作。所以，在很多特殊环境的测距中，超声波受到了大多数人的青睐。同时，由于超声测试是一种相对快速、简单、计算量小的检测方法，而且易于实现实时控制试验物质，其测量精度可达到工业指标的实际要求。正是如此，汽车倒车雷达的制造过程中大多数都用的超声波测距。 1.2 超声波简介 人类所能接受的声波的变动范围是20HZ—20KHZ，并且把这个频率段内的声波称为可听声波。对于这个频率范围内的声波，比这更低的称为低频声波，在这频段以上的声波，我们称其为超声波。超声波有一个特别之处，那就是沿着直线传播。它的绕射能力与频率呈现反比关系，其反射能力与频率呈现出来的又是一种正比关系。 它的特性有几个，分别可表述为：透射、聚束、反射及定向。将超声波与不同物质相互作用的各种效应以及超声波的传播特性加以利用过后，超声波传感器就被制作出来了。其以检测迅速、计算简单、使用方便、精度高等优点而被广泛使用。 1.3超声波检测简介 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的时间，用软件程序部分来计算出距离。它的测量电路简单、精度高、反映速度快、可靠性好。超声波指向性好、能量损耗低、传播距离较远、不易受外界环境影响和对被测目标无损害等特点，利用超声波测量距离就可以解决传统测量方法中遇到的问题。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，并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求。 1.4设计的内容 本设计是一个以STC89C52单片机为控制核心、以HC-SR04超声波测距模块为检测元件的超声波测距系统。要求设计能够实现在2cm到4m内对距离进行检测与显示，并且如果检测到的距离值小于设定的值，系统就会进入报警状态。 1.5论文结构 论文的各个不同内容安排如下： 第1章：绪论。对超声波发展的背景及意义、超声波和超声波检测进行了阐述，最后是本设计的内容以及论文的结构。 第2章：总体设计方案。提出了本系统设计的总体方案，对超声波测距技术和测距传感器的种类分别进行了介绍，同时对超声波测距进行了分析。 第3章：硬件电路设计。在这部分里，对单片机和显示屏进行了分别的介绍，对硬件的各个组成部分进行了分析与设计，并且给出了各部分对应的电路图，最后是本系统总的硬件电路图。 第4章：软件设计。软件设计部分一开始给出了本系统总的流程图，其后是各个部分设计方案与流程图，对每个部分分别进行了归纳与介绍，阐述了各子部分的运行方式。 第5章：硬件性能测试。在这部分内容中，对本设计的实物进行了验证，给出了实物图以及不同距离下的测试情况，分析了本系统的一些不足之处以及出现误差的原因。 第6章：设计的总结以及展望。这部分内容中对本设计进行了总结，并在本次设计的基础上，对其发展做出了预想。 2.总体设计方案 2.1总体方案 本次设计总体上包括两个设计部分，分别为硬件设计和软件设计。模块可从细划分为数据采集、数据判断、LCD显示、报警等不同子模块。通路构造可划分成：主控电路，传感器和蜂鸣器的搭建的电路。单片机在本次设计中作为中心单元，此系统是单片机的应用。以单片机为控制核心的系统中，构成部分共有两块，其为硬件和软件。硬件中包括有单片机、输入/输出设备（I/O）以及外围应用电路等。软件是各种工作程序的总称。 在单片机应用系统的研制过程中，有几个不同的阶段，分别为总体设计、硬件设计、软件设计等。系统通过调用不同的子程序来对距离进行检测、计算分析、显示或者报警。系统的控制核心部分采用的是STC89C52单片机,检测部分采用的是HC-SR04超声波传感器，显示部分则是用了LCD1602液晶显示屏，声光报警采用的是蜂鸣器和红色指示灯。一次距离检测完毕过后，中断停止工作，单片机对检测得到的距离值进行计算，然后通过中央处理器将传感器检测得到的距离