【正文】 rs for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall position of the system. Through multiple launch reception circuit design parison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the position of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. Finally, through the analysis of system error, giving the system improvement programme. Key words: monolithic integrated circuit； ultrasonic wave； AT89C51 金陵科技學院學士學位論文 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的背景和意義 課題的背景 隨著科技的迅猛發(fā)展越來越多科技成果被廣泛的運用到人們的日常生活當中 ,給我 們的生活帶來了諸多方便。 本課題 就是本著這個宗旨出發(fā) ,利用超聲波的特性來為我們服務。由于超聲波指向性強 ,因而常于距離的測量。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立 即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時 [1]。超聲波在空氣中的傳播速度為 v，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 s，即： s=vt/2 。這就是所謂的時間差測距法。 利用超聲波檢測往往比較迅速、方 便、計算簡單、易于做到實時控制 ,并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求 ,因此在移動機器人 ,汽車安全 ,海洋測量等上得到了廣泛的應 用 [2]。 課題的意義 通過本課題可以幫助學習理解單片機和超聲波這兩種時下發(fā)展最快的技術。制作基于單片機的超聲波測距儀，需要以超聲波技術為基礎的外圍超聲波收發(fā)電路，以及以單片機技術為核心的主控制器。是學習電子產(chǎn)品設計的很好途徑。 利用超聲波測距，在許多方面有很多優(yōu)勢。因此，本課題的研究是非常有實用和商業(yè)價值。 超聲波測距的發(fā)展現(xiàn)狀趨勢 隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波將的應用將越來越廣。但就目前技術水平來說，人們可以具體利用的超聲波技術還十 分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術及產(chǎn)業(yè)領域。 超聲波測距技術在社會生活中已有廣泛的應用如汽車倒車雷達等 [3]，它們測距精度一般較低。目前對超聲波高精度測距系統(tǒng)的需求越來越大。展望未來，超聲波作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求。未來的超聲波測距技術將朝著更高精度，更大應用范圍，更穩(wěn)定方向發(fā)展，死角問題也能得以解決。 金陵科技學院學士學位論文 第 1 章 緒論 2 本課題任務 本設 計選 用 STC89C51 來實現(xiàn)對 CX20216A 紅外接收芯片和 TCT4010 系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制 。在了解超聲波測距原理的基礎上，完成了基于時差測距原理的一種超聲波測距系統(tǒng)的硬件設計，其中為了進一步提高系統(tǒng)測量精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，在硬件上增加了溫度傳感器測溫電路，采取聲速預置和媒質(zhì)溫度測量相結合的辦法對聲速進行修正，降低了溫度變化對測距精度的影響。有利于提高超聲波測距系統(tǒng)的測量精度 [5]。 具體設計一個 基于單片機的 超聲波測距器， 包括單片機控制電路，發(fā)射電路，接收電路， LED 顯示電路，溫度補償電路。 要求測量范圍在 27~200cm，測量誤差 5%以內(nèi) ，測量時與被測物體無 直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結果 ，并能對溫度所造成的系統(tǒng)誤差做出補償 [6]。金陵科技學院學士學位論文 第 2 章 單片機 3 第 2 章 單片機 單片機原理及應用 單片機原理 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上 ,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。因而在工業(yè)測控領域中，單片機系統(tǒng)是最理想的控制系統(tǒng)。所以，單片機是典型的嵌人式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)低端應用的最佳選擇。 51系列單片機由以下幾部分構成 [12]： 1. 中央處理器（ CPU） 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 3. 內(nèi)部程序存儲器（ ROM） 4. 定時器 /計數(shù)器 5. 并行 I/O 口 6. 串行口 7. 中斷控制系統(tǒng) 8. 時鐘電路 單片機的應用 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機的應用領域 [8]： ； ； ； ； 。 金陵科技學院學士學位論文 第 2 章 單片機 4 單片機發(fā)展前景 計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡化。以解決復雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時， Intel 公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（ embedded microcontroller） [10]。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡不可能做到的。 單片機的最新技術進步，包括數(shù)字單片機的工藝及技術，模糊單片機的工藝及技術，單片機的可靠性技術，以及以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)。 數(shù)字單片機的技術進步反映在內(nèi)部結構、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說 明了數(shù)字單片機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是 要求也越來越高。單片機的技術進步狀況表現(xiàn)在以下幾方面：內(nèi)部結構的進步 ；功耗、封裝及電源電壓的進步 ； 工藝上的進步 。 在單片機應 用中，可靠性是首要因素，為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機的生產(chǎn)廠家在單片 機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，這些新技術表現(xiàn)在如下幾 ： EFT（ Electrical Fast Transient）技術 ；低噪聲布線技術及驅(qū)動技術 ； 采用低頻時鐘 。 單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨 ： 可靠性及應用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向；所集成的部件越來越多； NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語音、圖像部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在 于單片集成電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應用電路。功耗越來越低和模擬電路結合越來越多 [18]。 隨著半導體工藝技術的發(fā)展及系統(tǒng)設計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。 金陵科技學院學士學位論文 第 3 章 超聲波測距原理 5 第 3 章 超聲波測距原理 超聲波原理及應用 超聲波原理 聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓 面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于 20210Hz 以上的 ,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（ 20210Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性 。 超聲波應用 由于 超聲波具有如下特性 ： 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中 有效傳播[24]； 超聲波可傳遞很強的能量 ； 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象 ； 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。 超聲效應已廣泛用于實際，主要有如下幾方面： 超聲檢驗。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲 透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術，其原理與光波的全息術基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術）。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一 束作為參考波。物波和金陵科技學院學士學位論文 第 3 章 超聲波測距原理 6 參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照 射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產(chǎn)生的衍射效應而獲得物的 重現(xiàn)現(xiàn)象 ，通常用攝像機和電視機作實時觀察。 超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用。 基礎研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收 （見聲波）。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續(xù)介質(zhì)。但對頻率在1012 赫以上的特超聲波，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時必須把固體