基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-09 19:50 本頁面
【正文】 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 研究的背景和意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 課題研究內(nèi)容和意義 2第二章 超聲波測距的原理 5 超聲波介紹 5 超聲波傳感器的介紹 5 傳感器的選擇 6 超聲波測距的原理 7 溫度補償 8 測量盲區(qū) 9 本章小結(jié) 9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 單片機概述 11 STC89C51主要性能特點 11 STC89C51結(jié)構(gòu)組成 12 STC89C51內(nèi)部組成 14 超聲波發(fā)射電路設(shè)計 15 發(fā)射電路設(shè)計方案 15 超聲波發(fā)射器的注意事項 16 超聲波接收電路設(shè)計 17 LCD顯示部分 18 報警部分 20 DS18B20部分 21 本章小結(jié) 21第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 外部中斷子程序 24 定時器中斷子程序 25 重要功能實現(xiàn) 26 實現(xiàn)溫度讀取功能 26 實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換聲速 27 實現(xiàn)距離計算 27 實驗測量數(shù)據(jù) 28 本章小結(jié) 28結(jié)論 29參考文獻 30謝辭 31附錄一（實物圖） 32附錄二（Proteus仿真圖） 33i第一章 緒論 研究的背景和意義 隨著科技的發(fā)展，超聲波已經(jīng)可以對實物做出精確測量。伴隨著社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，電子測量技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而超聲波測距技術(shù)因擁有測量精確度高、成本消耗低、性能穩(wěn)定度高等優(yōu)點則成為其中的佼佼者。頻率在20KHz以上的聲波是超聲波。也正是因為這些特性超聲波才會被應(yīng)用到測量距離中?？萍荚诓粩喟l(fā)展，人們的需求也在不斷提高，因此，超聲波逐漸被人們應(yīng)用到生活和個行業(yè)（如醫(yī)療、工業(yè)、航天等）當(dāng)中。 超聲波是一種非常實用有效的測量方法，人們借用它不需要接觸物體就可以進行精確測量。它還對環(huán)境因素（如光線、高溫、腐蝕氣體和潮濕等）的測量影響具有較高的抵抗性。而且還有測量精確度高，對環(huán)境無污染，基本上不用維護，使用壽命長等好處。所以能夠廣泛應(yīng)用于化工、污水、環(huán)境監(jiān)測等諸多具有腐蝕性的行業(yè)中。對環(huán)境適應(yīng)能力強，無論在什么樣的環(huán)境中，都能夠進行精確測量并標(biāo)定準(zhǔn)確度?？蓪Χ喾N液體(如水、酒和飲料等)進行液位控制，設(shè)定差值。還有一個很大的優(yōu)點，能夠?qū)κ⒀b液體的液位罐直接顯示其液位高度。因此，超聲波測距在空氣和特殊環(huán)境中擁有較廣泛的應(yīng)用。超聲波在機器人的研制和倒車?yán)走_等實例中也被廣泛使用。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 實際上，在工程應(yīng)用當(dāng)中超聲波檢測技術(shù)存在兩個突出的問題，一是:由于超聲波自身傳播的特性和某些材料的吸收特性，使得超聲波在傳播距離加長的同時，回波信號也隨著變的異常微弱。二是：回波信號中夾雜著許多干擾信號，而回波信號自身較為微弱，很容易被噪聲所淹沒。因此傳統(tǒng)方法對提取回波信號已無效。 人們一直很重視如何降低輸入信號的信噪比。從19世紀(jì)末，傅里葉變換理論和傅里葉級數(shù)問世，人們就高度重視對頻率信號的檢測，第一臺鎖相放大器在1962年問世，從而使提取淹沒在噪聲中的信號成為現(xiàn)實。在此之后不斷涌現(xiàn)出新的檢測理論和方法，成功研制出許多性能優(yōu)良的測量儀器，并不斷成功的降低微弱信號的測量下限。自20世紀(jì)90年代開始，經(jīng)過十多年的發(fā)展，混沌理論作為一種新的檢測方法出現(xiàn)，并在在微弱信號檢測中具有巨大的潛力。 自從進入21世紀(jì)開始，國內(nèi)的廣大學(xué)者和科研人員就對超聲波測量精確度的提高方面進行了大量的嘗試研究。其中有對超聲波發(fā)射脈沖的選取和對新型超聲波換能器的研發(fā)。主要研究方向是如何提高超聲波回波信號精度的處理方法。更是針對影響超聲波測距精確度的措施提出了溫度補償?shù)确椒ā＞湍壳皝碚f，國內(nèi)雖然對超聲波回波信號的處理有了較為成熟的研究發(fā)展，由于它對超聲波測距的探測定位具有關(guān)鍵性作用，因此國內(nèi)學(xué)者仍然將它作為重要研究方向之一。 課題研究內(nèi)容和意義本設(shè)計系統(tǒng)打算實現(xiàn)在實驗室內(nèi)進行小范圍的測距?！?m，測量精度可達到毫米級。 由圖可知本系統(tǒng)硬件設(shè)計是由六部分組成，分別為： (1)發(fā)射電路。 (2)接收電路。 (3)單片機控制器。 (4)LCD顯示電路。 (5)溫度測量電路。 (6)聲音報警電路。 實際測量時，在LCD液晶顯示屏上顯示出所在地的實時環(huán)境溫度。發(fā)射電路發(fā)射超聲波經(jīng)反彈后被接收電路接收。經(jīng)過STC89C51單片機進行數(shù)據(jù)處理后將距離也顯示到LCD上。如果距離超出設(shè)定的值，報警電路就會鳴叫，即提醒測量距離超出量程。 從效益和成本出發(fā)，HCSR04超聲波測距模塊是一個非常好的選擇。，T0時刻由超聲波模塊的發(fā)射端發(fā)射一束方波，并于此時定時器開始工作計時。接收端收到回波后，產(chǎn)生一負跳變通到單片機的中斷口。之后單片機會響應(yīng)中斷程序，同時定時器會停止計數(shù)。兩次測得的時間差，就是我們所需要的超聲波在媒介中的傳播時間t，通過進一步計算便可以得出距離。通過本次設(shè)計，完善自我，學(xué)習(xí)了解單片機的相關(guān)知識。并且能夠具體了解基于單片機的超聲波測距的發(fā)展現(xiàn)狀以及能進行簡易測距儀器制作。這對我們以后的工作生活是非常有意義的。第二章 超聲波測距的原理 超聲波介紹 所謂超聲波就是頻率超過20KHz人耳不能辨識的音波。如今超聲波被應(yīng)用到諸如工業(yè)、醫(yī)療、軍事等各種行業(yè)當(dāng)中。 超聲波的特點： （1）超聲波傳播過程中，方向性很強，能量集中。 （2）超聲波的傳播適應(yīng)于各種不同媒質(zhì)，傳播距離夠遠。 （3）超聲波載體性很強，可作為載體進行治療操作。 （4）超聲波能夠在固、液、氣、固熔等介質(zhì)中傳播。 （5）超聲波傳遞的能量可以很強。 （6）超聲波具有反射的現(xiàn)象。這是其之所以能夠成為測量距離的重要方法之一的原因之一。 （7）超聲波不但是一種波動形式，可作
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