【正文】 1超聲波測距儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第 1 章 緒論 ..........................................................1 課題背景及設(shè)計(jì)意義 .........................................1 本課題研究的主要內(nèi)容 .......................................2第 2 章 系統(tǒng)方案論證 ...............................................................................................4 超聲波測距儀的設(shè)計(jì)原理 .....................................4 超聲波測距技術(shù)選型 .........................................4 控制器選型 .................................................6 單片機(jī)選型 ..........................................................................................7 AT89S51 主要性能參數(shù)及功能 ............................................................8 超聲波發(fā)生器選型 ...........................................8 超聲波接收傳感器選型 .......................................9 顯示單元選型 ...............................................9 語音播報(bào)電路選型 ..........................................10 溫度傳感器的選型 ..........................................10第 3 章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................12 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................12 超聲波發(fā)射電路 ............................................13 超聲波檢測接收電路 ........................................15 顯示單元電路 ..............................................16 語音播報(bào)電路 ..............................................18 電源電路設(shè)計(jì) ..............................................20第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ...............................................22 超聲波測距儀的算法分析 ....................................22 主程序流程圖 ..............................................22 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收程序 ..........................242第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試仿真 .................................................26 PROTEUS 軟件簡介 ...........................................26 仿真調(diào)試結(jié)果 ..............................................27第 6 章 總結(jié)與展望 ..................................................29參考文獻(xiàn) ............................................................30致 謝 ..............................................................31附錄 程序清單 ......................................................321第 1 章 緒論利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20kHz 以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時(shí)間間隔長短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。本文闡述的是利用超聲波進(jìn)行一些特殊場合距離測試。 課題背景及設(shè)計(jì)意義隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前的急速水平來說，人們可以具體利用的測距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測距儀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，滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。但是，由于歷史原因合成時(shí)間的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此，箱涵的排污疏通對打城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計(jì)超聲波測距儀的意義。超聲的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。1883 年Galton 首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動(dòng)圓形刀口振動(dòng)形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和液哨等機(jī)械型超聲換能器。由于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進(jìn)，至今仍廣泛地用于超聲處理技術(shù)中。20 世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制成各種機(jī)電換能器。1917 年，法國物理學(xué)家 Paul Langevin 用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。隨著軍事和國民經(jīng)濟(jì)各部門中超2聲應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動(dòng)型、電磁力型、靜電型等多種超聲換能器 [1]。材料科學(xué)的發(fā)展，使得應(yīng)用廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機(jī)電耦合系數(shù)高、價(jià)格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜(PVDF) [2]等。產(chǎn)生和檢測超聲波的頻率，也由幾十千赫提高到上千兆赫。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴(kuò)大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。如頻率為幾十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷達(dá)、電子通信和成像技術(shù)等方面。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們 聽到的超聲波 (20kHz)以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時(shí)間間隔長短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時(shí)間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計(jì)數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。它在很多距離探測應(yīng)用中有很重要的用途，包括非損害測量、過程檢測、機(jī)器人檢測和定位、以及流體液面高度測量等。超聲波方法在某些方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）超聲波對色彩、光照度不敏感，可用于識別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)；（2）對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中；（3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡單可靠，易于小型化和集成化。因此超聲檢測法己越來越引起人們的重視，被廣泛應(yīng)用在液位測量、機(jī)械手控制、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識別等方面。特別是在空氣測距中，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力。3 本課題研究的主要內(nèi)容本次課題設(shè)計(jì)的目的為：具有超聲波測距功能，測量距離 ~ 測距精度177。1㎝；具有測量距離數(shù)值無線傳輸功能；實(shí)時(shí)顯示測量的距離，顯示格式為：。漢字提醒顯示：距離在 ~，顯示“危險(xiǎn)距離”并用紅色 LED 燈指示；距離在 ~，顯示“保持距離” ，并用黃書 LED 燈指示；距離在 以上，顯示“安全距離”并用綠色 LED 燈指示。具有實(shí)時(shí)語音播報(bào)功能，實(shí)時(shí)播報(bào)測量距離數(shù)值，格式：,實(shí)時(shí)播報(bào)時(shí)間間隔≤10s，實(shí)時(shí)播報(bào)聲音清晰明亮、無明顯失真，在 1m 距離處人耳能準(zhǔn)確分辨。語音播報(bào)要與顯示同步。超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波測距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF（time of flight） 。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 [2]。本設(shè)計(jì)主要是基于 AT89S