【正文】 題目：基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)摘 要傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，其中，超聲波傳感器在測(cè)量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。利用單片機(jī)控制超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且測(cè)量精度較高。超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械、及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。 聲檢測(cè)技術(shù)是利用超聲波在媒質(zhì)中的傳播特性（聲速、衰減、反射、聲阻抗等）來實(shí)現(xiàn)對(duì)非聲學(xué)量（如密度、濃度、強(qiáng)度、彈性、硬度、粘度、溫度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的測(cè)定。它的基本原理是基于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到不同的介面，將產(chǎn)生反射，折射，繞射，衰減等現(xiàn)象，從而使傳播的聲時(shí)，振幅，波形，頻率等發(fā)生相應(yīng)變化，測(cè)定這些規(guī)律的變化，便可得到材料的某些性質(zhì)與內(nèi)部構(gòu)造情況。與傳統(tǒng)超聲技術(shù)完全不同，在不破壞媒質(zhì)特性的情況下實(shí)現(xiàn)非接觸性測(cè)量，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。近二、三十年，特別是近十年來，由于電子技術(shù)及壓電陶瓷材料的發(fā)展，使超聲檢測(cè)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。在無損探傷，測(cè)溫，測(cè)距，流量測(cè)量，液體成分測(cè)量，巖體檢測(cè)等方面，新的超聲檢測(cè)儀表不斷出現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。本文正是基于這一應(yīng)用背景。超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如:液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測(cè)控系統(tǒng)的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹一種以STC AT89C52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路設(shè)計(jì)方法。超聲波測(cè)距是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法和激光，渦流和無線電測(cè)距方法相比，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素的影響的優(yōu)點(diǎn)，在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)控制，建筑測(cè)量，機(jī)器人定位等方面得到了廣泛的應(yīng)用但由于超聲波傳播聲時(shí)難于精確捕捉，溫度對(duì)聲速的影響等原因，使得超聲波測(cè)距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量精度要求更高的場(chǎng)合下的應(yīng)用。目 錄摘 要 1引言 3第一章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的概述 4 設(shè)計(jì)要求 4 設(shè)計(jì)方案論證 4第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 5 單片機(jī)系統(tǒng)電路 51）片內(nèi)資源 62）80C51的引腳封裝 63） 時(shí)鐘電路 6 71) 鍵盤電路 72) 鍵盤的抖動(dòng)干擾和消除方法 73) LED 顯示器工作原理 8 超聲波發(fā)射電路 9 超聲波檢測(cè)接收電路 11 溫度測(cè)量電路 121) DS18B20引腳定義： 122) DS18B20的主要特性 133) DS18b20的指令操作 13第三章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 14 超聲波測(cè)距器的算法設(shè)計(jì) 15 主程序算法設(shè)計(jì) 15第四章 做板、焊接及電路調(diào)試 16 做電路板流程 161）PCB圖的制作 162）電路板的制作流程 17 17第五章 過程總結(jié) 18第六章 附件及參考文獻(xiàn) 19 作品的程序代碼 19 23 謝詞 24引 言超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。本文對(duì)超聲波傳感器測(cè)距的可能性進(jìn)行了理論分析，利用模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)接口、超聲波換能器、以及超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識(shí)，設(shè)計(jì)出了基于STC AT89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀的硬件電路，編寫了相應(yīng)的軟件程序。最后，為了保證超聲波測(cè)距傳感器的可靠性和穩(wěn)定性，采取了相應(yīng)的抗干擾措施。本論文主要從四部分來介紹設(shè)計(jì)內(nèi)容:第一部分為整個(gè)系統(tǒng)的概述,簡(jiǎn)單介紹了超聲波的發(fā)展情況以及基本知識(shí).第二部分為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要介紹硬件用到的主芯片STC AT89C52的功能、外部接有超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路，以及鍵盤和顯示部分，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距功能等,這一章對(duì)硬件電路的整體性描述,起到對(duì)電路的一個(gè)整體性認(rèn)識(shí)。第三部分為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要有主程序流圖,顯示部分程序流圖介紹。第四部簡(jiǎn)單地對(duì)系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)行了描述,同時(shí)對(duì)這次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié).第一章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的概述 設(shè)計(jì)要求 利用超聲波換能器和單片機(jī)設(shè)計(jì)一種非接觸式測(cè)距儀，該裝置的測(cè)量距離為4CM4M，并且具有溫度補(bǔ)償、測(cè)量準(zhǔn)確、性能可靠性等優(yōu)點(diǎn)。216。 掌握超聲波傳感器的工作原理并設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射器與接收器的工作電路。216。 測(cè)量距離為4CM4M，測(cè)量誤差≤1CM。216。 溫度補(bǔ)償范圍：20 100C。216。 實(shí)時(shí)顯示實(shí)測(cè)距離、溫度。 設(shè)計(jì)方案論證n 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也比較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到使用的要求。n 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是使用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括電壓型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測(cè)量方面較為常用的是壓電式超聲波換能器。n 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本例決定采用AT89C52單片機(jī)作為主控器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成。超聲波測(cè)距器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：圖1 測(cè)距儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)電路 單片機(jī)采用89C51或其兼容系列。系統(tǒng)采用12MHZ高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，并減小測(cè)量誤差。，利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。1）片內(nèi)資源8位CPU4kbytes 程序存儲(chǔ)器(ROM) (52為8K)256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)52有384bytes的RAM）32條I/O口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個(gè)專用寄存器2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí) （52有6個(gè)）一個(gè)全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝單一+5V電源供電2）80C51的引腳封裝3） 時(shí)鐘電路 XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的