通信电子专业毕业设计基于MCS-51系列单片机智能超声波测距仪的设计与实现.doc

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毕业设计

基于MCS-51系列单片机智能超声波测距仪的设计与实现

一．选题的背景及意义

由于超声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（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、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，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。

设计任务及要求

项目设计的是一款智能超声波测距仪，要求主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，能够实现超声波测距，数据显示，参数设置等功能。具体要求如下：

（1）完成键盘的设计，分配好各个按键输入对应单片机各口的控制信息；

（2）完成数码管显示电路的设计，实现具体的控制、提示信息的显示；

（3）完成超声波测距电路的设计，使其能够准确测量距离；

（4）还可以通过按键设置下限报警距离，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。

三、项目分析与方案论证

1.过程分析

分析要设计的智能超声波测距仪该有的系统的控制要求。

1）具有数据采集功能

2）具有按键控制功能

3）能够用四位数码管显示

4）具有报警功能

5）能够指示运行状态

6）具有智能模式，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。

2．方案论证选择

方案1：单片机是一种集成电路芯片，单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件，在工业控制领域广泛应用。

方案2：可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在工业控制领域得到广泛地应用。若利用PLC来控制智能窗帘，成本较高，而且设备庞大，占用空间较多。

因此，我们选择方案1单片机来实现的智能超声波测距仪的设计。

四、项目设计

本项目利用单片机、超声波传感器、蜂鸣器实现了智能超声波测距仪的设计，具有利用超声波特性测距的功能，其具体方框图如图1所示：

图1智能超声波测距仪结构图

五、项目实施过程

1.成员任务安排

从接受任务后具体成员的任务安排及时间安排如表1所示：

表1任务实施计划

实施计划

时间

主要任务

负责人

阶段成果

2023.4-2023.5

功能分析，电路及系统控制部分的设计实现

段世行

初步方向确立

2023.4-2023.5

程序设计调试、样机的修改

段世行、冯新智

样机和程序完成

2023.5-2023.6

系统整体调试以及相关实验资料整理

陈嘉新、李笑笑、孙静

实体完成

2023.5-2023.6

项目所有资料的完善

陈嘉新、李笑笑、孙静

总体完成

2.原理图绘制

主控制最小系统电路如图2所示。

图2最小系统

硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键,一个加键，一个减键。

图3总设计电路图

3.硬件焊接

根据原理图焊接元器件，形成的硬件电路板如图3所示：

图3智能超声波测距仪电路板

4.智能超声波测距仪的软件设计

程序流程图如图4所示：

系统初始化

系统初始化

报警结束

测得距离与设定值比较，小于

距离比较，报警是否持续

开始

启动报警电路开始报警

再次检测等待下次报警

结束

Y

N

N

Y

Y

N

图4流程图

5.智能超声波测距仪的调试

（1）调试步骤

1)按照原理图连接。

2)编程：编写智能超声波测距仪的程序。

3)将程序下载到STC89C52单片机，电路上电运行。。

4)观察并记录能否实现程序的功能，如有错误，检查硬件接线是否错误，如果连接正确，再检查程序，直到调试成功为止。

（2）调试要点

1)如果在硬件调试时，某些元器件没起到