【正文】 福建師范大學(xué)2010級畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的超聲波測距儀的設(shè)計學(xué) 院：專 業(yè)：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)教師：職 稱：目 錄福建師范大學(xué)2010級畢業(yè)設(shè)計第1章 緒論 1 課題研究的背景 1 課題研究的意義 1 論文結(jié)構(gòu) 1第2章 超聲波測距原理 2 超聲波簡介 2 超聲波測距原理 3第3章 方案論證 5 設(shè)計思路 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 6第4章 硬件電路設(shè)計 7 單片機(jī)AT89C52 7 超聲波測距模塊HYSR05………………………………………………………..9 溫度傳感器DS18B20 10 LCD1602液晶 11 ISD1420語音芯片 12第6章 軟件設(shè)計 14 主程序流程 14 子程序設(shè)計 16 超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序 16 測溫子程序 17 距離計算子程序 18 顯示子程序和鍵盤掃描子程序 18結(jié) 論 28參考文獻(xiàn) 29致 謝 31附錄1 整體電路圖 32附錄2 程序清單 33附錄3 外文復(fù)印件 41附錄4 外文譯文 44實習(xí)報告 46摘 要超聲波是頻率高于20KHZ的聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求，因此在液位、井深、管道長度的測量、移動機(jī)器人定位和避障等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?；诖?，本次設(shè)計嘗試使用AT89S52與HCSR04模塊來實現(xiàn)超聲波的測量，結(jié)合外圍電路模塊實現(xiàn)距離顯示及報警構(gòu)成超聲波測距系統(tǒng)。本次超聲波測距系統(tǒng)由單片機(jī)計時及控制電路、超聲波發(fā)射接收模塊、測量距離顯示電路、報警電路等部分組成。詳細(xì)介紹了超聲波測距模塊及AT89S52單片機(jī)的測距原理。以HCSR04超聲波測距模塊為核心實現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收。顯示電路采用數(shù)碼管以及三極管顯示控制，報警電路由蜂鳴器與三極管組成。整體電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定，測量精度也達(dá)到實際應(yīng)用要求。關(guān)鍵詞：AT89C52，超聲波，HCSR04，測距AbstractUltrasound is sound waves with frequency higher than 20KHz, it has strong directivity and consumes energy slowly, at the same time it spreads farther in the same medium. Therefore ultrasound is often used for distance measurement, such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by it. Use of ultrasonic detection tends to be quickly, convenient and simple calculation, easy to do realtime control. In the measurement precision it can reach industry practical requirement. So in liquid level, well depth, pipe length measurement, mobile robot localization and obstacle avoidance, etc a wide range of applications.This ultrasonic ranging system consists of the singlechip microputer timer and control circuit, ultrasound transmitting and receiving modules, the distance display circuit, alarm circuits and other ponents. Detailed introduces the ultrasonic ranging module and AT89S52 MCU range finder principle. HCSR04 is the core of the ultrasonic transmitter and receiver. The result displays with digital tube and controlled by transistor. And the alarm circuit is posed by buzzer and transistor. The whole circuit is simple structure, low cost, stable work and the measurement accuracy reached the application requirements.Keywords:AT89C51, Ultrasonic wave, HCSR04, Measure distance第1章 緒論 課題研究的背景隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的傳感技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(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，超聲波傳感器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，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題。毋庸置疑，未來的超聲波傳感器將與自動化智能化接軌，與其他的傳感器集成和融合，形成多傳感器。隨著傳感器的技術(shù)進(jìn)步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。 課題研究的意義在現(xiàn)實生活中，在某些特殊的場合，傳統(tǒng)的測量距離的方法往往會存在一些沒辦法克服的因素，像是在液面上做距離測量，用傳統(tǒng)的方法，電極法首先采用差位的分布電極，再通過給脈沖或電來進(jìn)行檢測液面，由于電極需要長期浸泡于水中或其它液體中的原因，所以極易容易被腐蝕或是電解，從而導(dǎo)致降低靈敏性。但是如果使用超聲波來測量距離的話，剛好可以很有效地解決這一問題。目前市面上常見的超聲波測距系統(tǒng)不僅價格昂貴，體積過大而且精度也不高等種種因素，使得在一些中小規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域中難以得到廣泛的應(yīng)用。為解決這一系列難題，本文設(shè)計了一款基于AT89C51單片機(jī)的低成本、高精度、微型化的超聲波測距儀。 論文結(jié)構(gòu)40論文首先對課題的背景和意義進(jìn)行闡述，并概述了論文結(jié)構(gòu)。第2章先就超聲波測距的原理進(jìn)行介紹。第3章針對本文采用的設(shè)計方案進(jìn)行了可行性的論證，并得出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。第4章介紹了設(shè)計中需要用到的主要器件，從整體硬件設(shè)計出發(fā)，對各部分電路進(jìn)行了詳細(xì)說明。 第5章 第6章第2章 超聲波測距原理 超聲波簡介我們知道，當(dāng)物體振動的時候便會產(chǎn)生聲音?？茖W(xué)家們系統(tǒng)的把每秒鐘振動的次數(shù)稱之位聲音地頻率，單位稱為赫茲（HZ）。人類的耳朵可以聽到聲波的頻率僅在20到20000 HZ。如果聲波的振動頻率超過了20000 HZ還是低于20 HZ時候，人們便沒辦法聽不見了。所以，通常超過20000 HZ的聲波我們將之稱作“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波的主要頻率為1～5兆赫。超聲波的優(yōu)點是具有良好的方向性，它穿透的能力也非常強，可以很容易的獲得比較集中的聲能，水中的傳播距離也比較遠(yuǎn)等特點。用途比較廣泛主要用于測量距離、測量速度、醫(yī)學(xué)方面，軍事方面，工業(yè)方面，和農(nóng)業(yè)方面的作用。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于在介質(zhì)的質(zhì)點振動頻率相對于高，因此能量也是相對的大。如果冬天在北方的時候，如果往水罐中注入超聲波的話，罐中的水會由于劇烈震動碎成大量的小霧滴，再把破碎的霧滴用風(fēng)扇往室內(nèi)吹的話，便使室內(nèi)的空氣濕度瞬間增加。這個原理便是超聲波加濕器。對于氣管炎疾病或咽喉炎疾病等等，藥品很難血流到打患病的部位。使用加濕器的原理，可以有效的霧化藥液，讓病人吸入，能夠療效。人體內(nèi)的結(jié)石可以使用超聲波較大能量經(jīng)過劇烈的受迫振動而破碎。 超聲波測距原理超聲波是利用反射的原理測量距離的，被測距離一端為超聲波傳感器，另一端必須有能反射超聲波的物體。測量距離時，超聲波傳感器將對準(zhǔn)反射物并且發(fā)射超聲波，便立即計時，超聲波由于在空氣的傳播過程中碰到障礙物所將會被反射回來，同時傳感器的接收端將收到反射回來的脈沖后便會馬上計時，便可以依據(jù)超聲波在傳播中的速度和時間計算出兩端的相距距離。測量中的距離D為 （）式中 c——超聲波的傳播速度； ——超聲波發(fā)射到接收所需時間的一半，也就是單程傳播時間。由上式可知，主要由計時的精度和傳播的速度這兩方面來決定距離的測量精度。計時的精度主要是由單片機(jī)的定時器起決定的作用，定時時間是指機(jī)器周期和計數(shù)次數(shù)兩個的乘積，可以選用12MHz的晶振，這樣可以使機(jī)器周期在精確的1181。s,便不會使累積誤差產(chǎn)生，使得定時間可達(dá)到1181。s。對于超聲波的傳播速度c來說是會改變的，傳播速度受到空氣的密度、氣體的分子成分和溫度的影響，關(guān)系式為 （）式中 γ——氣體定壓熱容與定容熱容的比值。 R——氣體普適常數(shù)。T——氣體勢力學(xué)溫度，與攝氏溫度的關(guān)系是T=273K+t。M——氣體相對分子質(zhì)量，103kg/mol。c0——0℃時的聲波速度。由上式可見，溫度是超聲波在空氣中傳播時影響最大的，由表達(dá)式可計算出波速與溫度之間的關(guān)系。如果溫度值越