【正文】 基于51單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目 錄 1 1 研究內(nèi)容 1： 2 2 2 4 5 5 6 9 9 10 12 13 13 16 18： 20 21參 考 文 獻 22謝辭 23系統(tǒng)整體電路圖 24程序代碼 2536近年來，隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。超聲波擁有許多優(yōu)點：超聲波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。 研究內(nèi)容設(shè)計一個超聲波測距系統(tǒng)，以單片機為控制核心，實現(xiàn)測距功能。、數(shù)字電路分析和設(shè)計的基本方法。包括： （1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和指標，初選電路； （2）通過調(diào)查研究、設(shè)計計算，確定電路方案； 2. 培養(yǎng)一定自學(xué)能力和獨立分析問題、解決問題能力。包括： （1）學(xué)會自己分析、找出解決問題的方法； （2） 對設(shè)計中遇到的問題，能獨立思考，查閱資料，尋找答案。：，有l(wèi)cd顯示和按鍵；；；；在開始做畢業(yè)設(shè)計之前，我需要對要所要完成的作品有一個大概的掌控，特別是對超聲波測距的原理和超聲波測距系統(tǒng)的組成部分能有一個清晰的認識。超聲波測距的原理：超生波測距的原理其實很簡單，也就是大自然中蝙蝠捕食的原理，首先需要超生波發(fā)射裝置，發(fā)出超聲波，此時時間記作T1，當(dāng)超聲波收到障礙物的阻擋時，就會被反彈回來，然后就被超聲波接受裝置所捕捉到，這時時間記作T2，假設(shè)此時的聲速為V，則超聲波測距裝置與障礙物之間的距離Ｓ為：Ｓ＝Ｖ＊（Ｔ２－Ｔ１）/2。 （）： t 障礙物 s 超聲波發(fā)射 超聲波接收 超聲波的測距原理在我動手之前不是說能夠一氣呵成的完成作品，如果那樣做的話，萬一哪一部分出了問題，那么我將很難檢查的出來，所以效率很低。因此決定分模塊來完成我的作品，首先用仿真軟件進行仿真，確定好布線器材等，就可以先從硬件開始著手了，超聲波測距系統(tǒng)的組成部分：1. 單片機最小系統(tǒng) ；我只要一個一個模塊的實現(xiàn)，這樣效率就能提高很多。完成好硬件的功能，接下來就需要實現(xiàn)軟件的功能了，本次設(shè)計的程序需要完成的功能有：（1）超聲波的發(fā)射和接收控制（2）對回波信號的檢測（3）測距時間到距離的換算（4）距離的顯示從整體看超聲波測距的原理很簡單，但是我們要想獲得一個高精度的測距結(jié)果，還需要考慮和多方面的東西，比如說：測距的溫度會對結(jié)果有很大的影響。而且在器材選用方面，對測距結(jié)果也會帶來很大的誤差。因此，在完成作品的過程中，還需要對硬件和軟件有一個更加細致的考慮。整體電路的控制核心為單片機AT89C51。超聲波發(fā)射和接收電路中都對相應(yīng)信號進行整形及放大，以保證測量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路,超聲波接收電路,單片機電路,顯示電路等幾部分模塊組成。由于超聲波在發(fā)射和接收的過程中會有能量的損失，因此在超聲波發(fā)射與接收電路還要加入放大電路。在發(fā)射后把信號放大，接收前也要把還再次放大，進行多級放大才能達到發(fā)射和接收的效果。：超聲波接收電路超聲波發(fā)射電路顯示電路電源電路AT89C51電路 超聲波測距原理圖： 數(shù)字顯示仿真參照硬件的設(shè)計思路，軟件我也將采取模塊化的設(shè)計思路來進行，這樣對提高效率有很大的幫助。本設(shè)計采用的是模塊化的思路來進行設(shè)計和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計算超聲波發(fā)射點與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示等。超聲波簡介：超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都可使用的通用技術(shù)之一。超聲波技術(shù)是通過超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接收的物理過程完成的。該技術(shù)在國民經(jīng)濟中，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。超聲波的三種形式：超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波，質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波，質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波；表面波，質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。超聲波的物理性質(zhì)：(1) 超聲波的反射和折射當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。(2)超聲波的衰減超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。(3)超聲波的干涉如果在一種介質(zhì)中傳播幾個聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。超聲波傳感器介紹：據(jù)我查閱資料了解到超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。他們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下：. 超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu) 由于市場上的超聲波種類很多，通過我查閱資料，分析了超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度的關(guān)系后，發(fā)現(xiàn)在超聲波測量系統(tǒng)中，當(dāng)頻率取得太低，則外界的雜音干擾較多，超聲波接收的雜波就多，靈敏度就不高。當(dāng)頻率取得太高，在傳播的過程中能量損失比較大，雖然分辨力比較高，但是測量距離變短。通過我的綜合分析，找到了比較好的頻率段40KHz。 超聲波傳感器的升壓能級 超聲波傳感器的靈敏度因此本次設(shè)計選用的探頭是4OKHz的收發(fā)分體式超聲傳感器，由一支發(fā)射傳感器UCMT40KI和一支接收傳感器UCMR4OKI組成。傳感器特性參數(shù)表型號UCMT40K1UCMR40KQ結(jié)構(gòu)開放式