【正文】 上海電力學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題　　目：　 超聲波測距器的設(shè)計 院　　系：　　 計算機與信息工程學(xué)院 　　2011年 5月29日超聲波測距器的設(shè)計摘要 隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時間住的許多不可預(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大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計研制箱涵排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分。控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。 本設(shè)計采用以AT89C52單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法。整個電路采用模塊化設(shè)計，由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。關(guān)鍵詞：AT89c52 超聲波 測距The design of ultrasonic wave range finderAbstract With the development of science and technology, the improvement of people39。s standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. However, due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage system. In particular drainage system often lags behind urban construction. Therefore, there are often good building excavation has been building facilities to upgrade the drainage system phenomenon. It brought to the city sewage, and it is clear to the city sewage and drainage culvert in the sewage treatment system. fort is very important to people39。s lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core ponent of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. At the core of the design using AT89C52 lowcost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM prehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module. Key words: AT89S52 Ultrasonic measurement目 錄1 引 言 1 1 超聲波研究的發(fā)展 1 2 幾種測距方法介紹 3 4 2 方案選擇的論證和選擇 4 ：采用單片機來控制的超聲波測距儀 4 ：采用CPLD來控制的超聲波測距儀 5 方案設(shè)計三：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù) 6 6 6 7 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 7 系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計 7 8 8 8 9 數(shù)碼管驅(qū)動顯示 9 所用主要元器件簡介 9 AT89s52單片機 9 11 74HC573 14 HCSR04超聲波測距模塊 15 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 16 主程序流程圖 17 測距子程序流程圖 18 主要程序 18 5 PCB板的制作 25 PCB簡介 25 印制電路板設(shè)計的一般步驟 27 制作元器件和建立元器件庫 27 元器件的位置調(diào)整和布線 29 PCB板的層 31 PCB板的布局 32 PCB板布線 32 6 電路調(diào)試 33 元件的焊接要點 33 外圍按鍵電路焊接與測試 34 7 系統(tǒng)測試結(jié)果及誤差分析 34 謝 辭 37 附 錄 39 1引 言超聲波是指頻率在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。它也有自已的特性，如它的頻率可以非常高，達到兆赫級，因此，它在介質(zhì)中傳播時能量可以集中在很小的范圍內(nèi)，具有良好的成束性，也就是方向性好。 超聲波研究的發(fā)展超聲波的研究歷史可以追溯到上個世紀。1883年，Galton首先發(fā)現(xiàn)了超聲波的存在，他當(dāng)時的研究目的主要是探索人類所能感知的聲譜范圍。在Galton之后的三十年中，超聲波仍然是一個鮮為人知的東西，由于當(dāng)時電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響。因此，當(dāng)壓電效應(yīng)和磁致現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后并沒有應(yīng)用于制造有效的超聲設(shè)備。在第一次世界大戰(zhàn)中，對超聲的研究逐步受到重視。由于戰(zhàn)爭的需要，法國人Langevin使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對低頻的超聲波。他提出的這種方法可以用來檢測水中是否存在潛艇并可以進行水下的通信聯(lián)絡(luò)。 在我國，超聲學(xué)的研究開始于二十世紀五十年代，1959年至1964年間我國建立了分子聲學(xué)實驗室，對馳豫吸收、懸浮體的聲吸收等問題進行了深入的研究，設(shè)計生產(chǎn)了固體中超聲衰減的測量設(shè)備，對粘彈性和可壓縮流體的聲速和衰 減的研究取得了令人興奮的成果。同時在超聲波探傷、加工、種子處理、顯示、醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域取得了可喜的成績。表面波換能器的研究我國開始于1965年，于1970年開始了高頻表面波的研究，1977年，我國研制成表面脈沖壓縮濾波器。在80年代以后，我國的超聲研究進入了一個全新的階斷，取得了一系列標志性成果，壓電復(fù)合材料研制成功，窄脈沖短余振探頭問世，PVDF高分子壓電薄膜材料趕上并超過國際水平，高分子壓電PVDF型換能器和超聲顯微鏡的研究獲得了實用，高頻壓電材料LiNb03研制成功。在應(yīng)用方面，8超和A超醫(yī)療探頭開始投入生產(chǎn)和醫(yī)療應(yīng)用。超聲顯微鏡投入應(yīng)用?？偟膩碚f，我國在超聲方面的研究在某些方面己走在了世界的前列。 近年來超聲測試技術(shù)已明顯表現(xiàn)出下列趨向: 由定性的判斷缺陷的有無而發(fā)展為對缺陷的位置、大小、形狀、性質(zhì)進行定量判斷，并且利用各種成像技術(shù)直接顯示缺陷的二維、三維圖像。 向在線自動檢測和儀器的智能化發(fā)展，其中非接觸超聲測試技術(shù)取得突破進展。 超聲測試技術(shù)和材料的物性評價相結(jié)合，材料的設(shè)計、加工和工程應(yīng)用迅速發(fā)展超聲在許多領(lǐng)域內(nèi)比可聽聲的用途更加廣泛，是基于以下兒個原因: 具有方向性，超聲波的頻率越高，則方向性越強。在無損探傷、水下聲納系統(tǒng)、超聲測距系統(tǒng)中方向性是一個重要的考慮因素。 超聲波的頻率越高，則波長越短，波長可以小到與超聲傳播媒介材料尺寸相比更小的程度。在高分辨率探傷、微小厚度測量、高精度Mail距中，這一點相當(dāng)重要。 超聲是不可聽聲，這樣就避免產(chǎn)生噪聲，因而超聲具有綠色特性。 在工業(yè)生產(chǎn)中，超聲波被應(yīng)用在金屬材料和部分非金屬材料探傷，鋇口厚，以及超聲振動切削加工、清洗、焊接等行業(yè)。以及進行物位、濃度、硬度、溫度等檢測；超聲波被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在診斷顯像技術(shù)，血流測量計，胎兒檢查儀，超聲波潔牙器等醫(yī)療器械都是利用了超聲波的特性；在軍事領(lǐng)域中，超聲波用于雷達目標定位，武器制導(dǎo)等方面。 幾種測距方法介紹除超聲波測距外，目前被廣泛使用的還有核輻射測距、微波測距、光學(xué)測距等，下面對這幾種測距方法進行介紹。A. 核輻射法 不同物質(zhì)對同位素射線的吸收能力不同，一般固體最強，液體次之，氣體最差。輻射式物位計既可進行連續(xù)測量，也可進行定點發(fā)送信號和進行控制。射線不受溫度、壓力、濕度、電磁場的影響，而且可以穿透各種介質(zhì)，包括固體，因此能實現(xiàn)完全非接觸測量。這些特點使得輻射式測距計適合于特殊場合或惡劣環(huán)境下的液位測量，如高溫、高壓、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、易結(jié)晶、沸騰狀態(tài)介質(zhì)、高溫熔融體等的液位測量。但在使用時仍要注意控制劑量，作好防護，以防射線泄漏對人體造成傷害。B. 微波測距法在電磁波譜中將波長為1~ l000mm 的電磁波稱為微波。微波的特點是在各種障礙物上都能產(chǎn)生良好的反射，具有良好的定向輻射性能。在傳輸過程中受到粉塵、煙霧、火焰及強光的影響小，具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理技術(shù)的迅速發(fā)展，微波檢測技術(shù)從長期停滯不前的原理性、實驗性研究階段，迅速進入工程實用和產(chǎn)業(yè)化階段。有關(guān)廠商不斷推出各種高性能的微波固體器件以及微波集成電路，不但使微波發(fā)射接受電路實現(xiàn)小型化，而且性能指標也有很大的提高，價格也有很大的下降。利用介質(zhì)對微波的反射或吸收特性，微波檢測技術(shù)在運動目標檢測，目標物含水率檢測，液位、料位檢測等方面的應(yīng)用愈來愈廣泛。C. 光學(xué)測量法激光用于液位測量，克服了普通光亮度差、方向性差、傳輸距離近、單色性差、易受干擾等缺點，使測量精度大為提高。 激光式液位檢測儀由激光發(fā)射器、接收器及測量控制電路組成。工作方式有反射式和遮斷式，在物位測量中兩種方式都可使用，但一般只用作定點檢測控制，不易進行連續(xù)測量。D. 超聲波測量法超聲波測距的基本原理是，