【正文】 摘 要超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，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，它廣泛應用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現場。本課題詳細介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及 Atmel 公司的AT89C51 單片機的性能和特點，并在分析了超聲波測距的原理的基礎上，指出了設計測距系統的思路和所需考慮的問題，給出了以 AT89C51 單片機為核心的低成本、高精度、微型化數字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。該系統電路設計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、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。關鍵詞：超聲波 單片機 測距 AT89C51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology bine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。s practical demand in measuring the precision 。Key Words: Ultrasonic wave。 Onechip puter。 Range finding。 AT89C51目　 　 錄摘 要 ............................................................1目　　 錄 .........................................................3第 1 章 超聲波測距系統設計 .......................................5 超聲波測距的原理 ..........................................5 超聲波測距系統電路的設計 ...................................5 總體設計方案 ..........................................5 發(fā)射電路的設計 .........................................6 接收電路的設計 .........................................7 顯示模塊的設計 .........................................8 超聲波測距系統的軟件設計 ...................................9 本章小結 ..................................................11第 2 章 緒論 .....................................................12 課題背景，目的和意義 ......................................12 兩種常用的超聲波測距方案 ..................................12 基于單片機的超聲波測距系統 ............................12 基于 CPLD 的超聲波測距系統 .............................13 課題主要內容 ..............................................14第 3 章 超聲波傳感器 .............................................15 超聲波傳感器的原理與特性 ..................................15 原理 ..................................................15 特性 ..................................................16 超聲波傳感器的檢測方式 ....................................17 超聲波傳感器系統的構成 ....................................18 本章小結 ..................................................19第 4 章 AT89C51 單片機簡介 ........................................20 單片機基礎知識 ............................................20 單片機的內部結構 ......................................20 單片機的基本工作原理 ..................................22 單片機的分類及發(fā)展 ........................................23 單片機 AT89C51 的特性 ......................................24 本章小結 ..................................................27第 5 章 電路調試及誤差分析 .......................................28 電路的調試 ................................................28 系統的誤差分析 ............................................28 聲速引起的誤差 ........................................28 單片機時間分辨率的影響 ................................29 本章小結 ..................................................30結論 ............................................................31致謝 ............................................................32參考文獻 ........................................................33附錄 1...........................................................34附錄 2...........................................................39附錄 3...........................................................40代做本論文畢業(yè)設計實物。代做?？?、本科各個專業(yè)畢業(yè)論文。代做電子、機械類專業(yè)畢業(yè)設計。完全按照畢業(yè)設計指導書做，指導畢業(yè)答辯。淘寶交易： : 1226388638第 1 章 超聲波測距系統設計 超聲波測距的原理單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 t，然后求出距離 (11)2ctS?式(11)中的 c 為超聲波在空氣中傳播的速度。限制該系統的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍，減少測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設計方法。由于超聲波發(fā)球聲波范圍，其波速 c 與溫度有關，表 11 列出了幾種不同溫度下的波速。表 11 聲速與溫度的關系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386波速確定后，只要測得超聲波往返的時間 t，即可求得距離 S。其系統原理框圖如圖 11 所示。圖 11 超聲波測距系統框圖單片機 AT89C51 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經超聲波換能器作為系統的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間 t，再由系統軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至 LED 數碼管進行顯示。在下一節(jié)里，我們將詳細介紹超聲波測距儀的各部分電路的設計思路及方法。 超聲波測距系統電路的設計 總體設計方案由單片機 AT89C51 編程產生 40kHz 的方波，由 口輸出，再經過放大電路，驅動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理,送至單片機。單片機利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離,并由單片機控制顯示出來。該測距裝置是由超聲波傳感器、單片機、發(fā)射/接收電路和 LED 顯示器組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機相連接,單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時序圖如圖 12 所示。圖 12 時序圖單片機在 T0時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離。 發(fā)射電路的設計由單片機產生的 40kHz 的方波需要進行放大，才能驅動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，發(fā)射驅動電路其實就是一個信號放大電路，本課題所選用的是 74HC04集成芯片，圖 13 為發(fā)射電路圖。圖 13 發(fā)射電路74HC04 內部集成了六個反向器，同時具有放大的功能。74HC04 的管腳如圖14 所示。圖 14 74HC04 管腳圖 接收電路的設計超聲波接收頭接收到超聲波后，轉換為電信號，此時的信號比較弱，必需經過放大。本系統采用了 LM741 對接收到的信號進行放大，接收電路如圖 15所示。圖 15 接收電路超聲波探頭接收到超聲波后，通過聲電轉換，產生一正弦信號，其頻率為傳感器的中心頻率，即 40kHz。該信號通過 C1 高通濾波后經 LM741 放大，最后經二極管整形后輸出到單片機中斷口。LM741 是一單運放集成芯片，圖 16 為LM741 管腳圖。圖 16 LM741 管腳圖 顯示模塊的設計LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。LED 數碼管結構簡單，價格便宜。圖 17 示出了八段 LED 數碼顯示管的結構和原理圖。圖 17(a)為八段共陰數碼顯示管結構圖，圖 17(b)是它的原理圖，圖 17(c)為八段