【正文】 電子信息工程技術畢業(yè)論文：超聲波測距與顯示系統(tǒng)設計 課題超聲波測距與顯示系統(tǒng)設計 專題 溫度補償專題 專 業(yè) 電子信息工程技術 學生姓名 班 級 10 電信 2 學 號 指導教師 完成日期 摘 要 超聲波具有指向性強能量消耗慢傳播距離較遠等優(yōu)點所以在利用傳感器技術和自動控制技術相結合的測距方案中超聲波測距是目前應用最普遍的一 種它廣泛應用于建筑施工防盜倒車水位測量以及一些工業(yè)現(xiàn)場 本設計采用以 STC89C52 單片機為核心的超聲波測距的硬件電路和軟件設計方法整個電路采用模塊化設計由主程序預置子程序發(fā)射子程序接受子程序顯示子程序語音播報子程序等模塊組成發(fā)射模塊發(fā)射超聲波接受模塊接受回波單片機計算距離顯示測量結果換能器的信號經(jīng)單片機綜合分析處理實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能在此基礎上設計了系統(tǒng)的總體方案最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊 Abstract Ultrasonic has directivity is strong energy consumption is slow propagation distance etc so the use of sensor technology and automatic control technology bination of ranging scheme ultrasonic ranging is the application of the most mon one It is widely used in construction guard against theft backing water level measurement and some industrial field This design USES the STC89C52 with singlechip microputer as the core of the ultrasonic ranging hardware circuit and software design method The whole circuit adopts modular design the main program preset subroutine emission subroutine accept subroutine display subroutine voice broadcast subroutine modules etc Emission module launch ultrasonic accept module accept echo microcontroller calculating distance display measurement results Transducer signal by single chip microputer integrated analysis processing the ultrasonic range finder all sorts of functions On the basis of the overall scheme of the design of the system and finally through the hardware and software to realize the function of each module 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 11 課題設計目的及意義 1 目的 1 意義 1 12 國內(nèi)外研究動態(tài) 1 13 課題研究的主要內(nèi)容 2 第二章 總體方案 3 21 方案選擇 3 22 超聲波測距儀的設計思路 3 超聲波測距原理 3 超聲波測距原理框圖 3 23 元器件選擇 4 第三章 系統(tǒng)的硬件結構設計 5 31 STC89C52 單片機的功能及特點 5 32 單片機最小系統(tǒng) 8 33 超聲波測距模塊 9 HCSR04 實物圖 9 術參數(shù) 10 HCSR04 工作原理 10 34 超聲波發(fā)射電路 10 35 超聲波接收電路 11 36 DSB18B20 溫度傳感器 12 實物與引腳定義 12 DS18B20 主要特性 13 37 語音播報模塊 13 38 顯示單元 15 第四章 系統(tǒng)的軟件設計 17 41 超聲波測距的算法設計 17 42 主程序流程圖 17 43 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 18 44 語音模塊子程序 20 第五章 溫度補償 22 51 設計方案 22 52 硬件設計 23 集電路 23 53 軟件設計 24 集 24 償設計及距離計算 28 第六章總結 30 致 謝 31 參考資料 32 附錄一 實物圖 33 附錄二 原理圖 34 附錄三 源程序 35 第一章 緒論 1112 國內(nèi)外研究動態(tài) 國外在提高超聲波測距方面做了大量的研究國內(nèi)一些學者也作了相關的研究目前 超聲波測距方法主要有三種 1相位檢測法精度高但檢測范圍有限 2聲波幅值檢測法易受反射波的影響 3 渡越時間法工作方式簡單直觀現(xiàn)在對超聲波測距的精度主要取決于所測的超聲波傳輸時間和超聲波在介質(zhì)中的傳輸速度二者中以傳輸時間的精度影響較大所以大部分文獻采用降低傳輸時間的不確定度來提高測距精度溫度對傳感器的影響也很大因此需要用溫度傳感器進行校正目前相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法 13 課題研究的主要內(nèi)容 為了實現(xiàn)準確測出物體之間的距離的目的設計了一個超聲波測距的方案超聲波測距 通過發(fā)出超聲波并接收反射回來的回波并通過單片機的計算就可以知道物體的距離應用以下三種技術 a 單片機技術 STC89C52 系列的單片機具有體積小重量輕結構較為簡單成本低廉可以實現(xiàn)一般的控制功能的優(yōu)點而且單片機更適用應用于小型的嵌入式系統(tǒng)因此它得到了廣泛的應用現(xiàn)代人類生活大部分電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機 b 超聲波測距技術超聲波測距技術與一般測距技術相比具有操作方便系統(tǒng)簡單以及計算簡單的優(yōu)點 c 顯示技術數(shù)據(jù)處理數(shù)碼管顯示測出與物體之間的距離 d 語音模塊技術 ISD1730A 芯片來語音播報距離 第二章 總體方案 21 方案選擇 采用單片機來控制超聲波測距信號線發(fā)射到與超聲波發(fā)射器相連的信號端超聲波發(fā)射器向既定方向發(fā)射在發(fā)射的同時開始計時超聲波在空氣中傳播途中碰到障礙物將產(chǎn)生回波 22 超聲波測距儀的設計思路 超聲波測距原理 超聲波測距的方法有多種如相位檢測法聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等相位檢測法雖然精度高但檢測范圍有限聲波幅值檢測法易受反射波的影響 本測距系統(tǒng)采用超聲波渡越時間檢測法其原理為檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時間 t 這個時間就是渡越時間然后求出距離 l 設 l 為測量 距離 t 為往返時間差超聲波的傳播速度為 c 則有 l ct2 超聲波接收器收到反射波就立即停止計時再由單機計算出距離送數(shù)碼管顯示測量結果 超聲波測距的算法設計 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340 米 15℃時是時刻是聲波時刻 t1 得出的是一個時間差的絕對值假定 t1 003S 則有 340m003S 102m 由于在這 102m 的時間里超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離 圖21 測距原理 因為θ 2 角度較小可以忽略不計所以 L≈ S 超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下 L C x t2 t1 2 超聲波測距 原理框圖 超聲波測距模塊用 HCSR04 溫度傳感器使用 DS18B20 微處理器使用STC89C52 單片機顯示部分采用共陽數(shù)碼管 HCSR04 集成的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波遇到障礙物產(chǎn)生回波被接收電路模塊接收 STC89C52 單片機統(tǒng)計出聲波傳輸所用時間經(jīng)過溫度補償溫計算出正確的待測距離同時 ISD1730A 根據(jù)相關數(shù)據(jù)處理進行組合播報當前測試距離并且由數(shù)碼管顯示 圖 22 超聲波測距系統(tǒng)結構圖 23 元器件選擇 由于測量距離的精度和長度要求不是很高精度達到 2cm 測量距離達到 2m 即可因此超聲波模塊選用價格低廉且實用的 HCSR04 即可 控制核心部分選擇實用的 STC89C52 單片機即可滿足計算和控制要求 溫度補償?shù)臏囟葌鞲衅鬟x擇普遍且實用的 DS18B20 語音播報 ISD1730A 是華邦公司新推出的語音芯片用來替代已經(jīng)停產(chǎn)的ISD1400 系列及 ISD2500 系列芯片 IS