【正文】 儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。本章節(jié)主要講述單片機各引腳功能、各模塊的設計原理圖或選擇方案等。單片機通過溫度傳感器進行溫度補償校正超聲波此時環(huán)境溫度下的速度，由路程與速度和時間的關系計算出傳感器與障礙物之間的距離。 設計要求系統(tǒng)主要研究的是基于單片機的超聲波測距，其主要功能要求如下： 能實時顯示測量距離； 當距離小于預置值時（本設計預置值為10cm），系統(tǒng)指示燈閃爍且蜂鳴器報警提示； 測量距離誤差小于1cm；本設計擴展功能如下： 能進行溫度補償并顯示溫度值； 當距離大于200cm時數碼管顯示CCC； 當環(huán)境溫度大于90℃時，蜂鳴器報警提示。主要闡述系統(tǒng)軟件編程及實施方案；第五章：系統(tǒng)測試。 論文結構本文介紹了一種基于單片機系統(tǒng)模塊為核心的超聲波測距的設計與實現(xiàn)方案，并簡要介紹了相關背景、研究內容以及應用，具體組織結構如下：第一章：緒論。除此之外，超聲波金屬焊接的應用、超聲波美容換能器的應用、雷達等，都體現(xiàn)了超聲波對各行業(yè)起著重要的作用?；舅枷刖褪抢肁T89C51單片機做為主控制模塊，控制HCSR04超聲波發(fā)射超聲波以及接收回波信號，在單片機內處理數據并通過數碼管顯示出來。目前對于超聲波精確測距的需求也越來越大，例如油庫和水箱液面的精確測量和控制，物體內氣孔大小的檢測和機械內部損傷的檢測等。特別是在20世紀80年代初出現(xiàn)的超聲體外機械波碎石術和超聲外科，這是結石癥治療史上的重大突破，如今已在國際范圍內推廣應用。在1956年第二屆國際超聲醫(yī)學學術會議上已有許多關于超聲波的論文發(fā)表，超聲治療進入實用成熟階段。 超聲波在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀從19世紀末到20世紀初，人類在物理學上發(fā)現(xiàn)了壓電效應與反壓電效應之后，人們終于解決了利用電子學技術產生超聲波的方法，從此迅速推動了超聲波技術的發(fā)展。，校正后的速度最大誤差不超過5%。由于超聲波在空氣中的傳播速度受溫度的影響，速度隨溫度的變化而變化，溫度每變化一度，近似公式為：C = C0 + T，式中：，T為實際溫度(℃)：[2]。超聲波是指頻率高于20kHz的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。目前國內一般使用專用集成電路設計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本高，并且沒有顯示，操作使用不方便。本章主要介紹超聲波測距的研究背景、超聲波技術在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀、研究目的和意義以及本章的研究內容，最后在本章末尾還介紹了本論文的章節(jié)安排。Ultrasonic Ranging。目前，超聲波清洗技術、雷達技術等在醫(yī)學、軍事上占據著重要地位，因此研究超聲波技術具有一定的研究意義。該設計主要由單片機控制模塊、數碼管顯示模塊、DS18B20溫度補償模塊以及聲光報警模塊等構成。 47 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計(論文)報告 第 摘 要機器人通過其感知系統(tǒng)覺察前方障礙物距離和周圍環(huán)境來實現(xiàn)繞障、自動尋線、測距等功能。利用超聲波的反射原理，計算超聲波在空氣中的傳播時間的一半再乘以經過溫度補償修正后的速度就可以得出障礙物到傳感器之間的距離，并在數碼管顯示出來。本設計作品基本滿足設計的要求，有一定的推廣性，同時針對不足，如測量距離過小等，文章在最后提出了一些改進性能的可行性方案。Temperature pensation目 錄摘 要 1Abstract 2第一章 緒論 5 課題的研究背景 5 超聲波在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀 6 研究目的和意義 7 研究內容 7 論文結構 8第二章 系統(tǒng)方案設計 9 設計要求 9 9第三章 硬件設計 11 AT89C51單片機簡介 11 AT89C51各引腳的含義和功能 11 系統(tǒng)硬件設計組成部分 14 AT89C51單片機最小系統(tǒng) 14 數碼管顯示模塊 14 超聲波發(fā)射接收模塊 15 聲光報警模塊 21 復位電路 21 DS18B20溫度補償電路 22 DS18B20內部結構及測溫原理 23 DS18B20的封裝形式及引腳功能 25 DS18B20的供電方式 25 +5V電源模塊 27第四章 軟件設計 28 28 系統(tǒng)主要模塊程序設計 29 29 DS18B20訪問程序 29第五章 調試與檢測 31 硬件測試 31 軟件測試 32 結果分析 32 誤差來源 32 解決方案 33 本設計所做工作 33總結與展望 35謝 詞 36參考文獻 37附 錄1 電路原理圖及PCB圖 38附 錄2 程序清單 40第一章 緒 論超聲波以其指向性好、穿透能力強、能量消耗緩慢、環(huán)境污染小等優(yōu)點，因而超聲波常用于距離測量。 課題的研究背景超聲波是頻率高于20KHZ的聲波，它的方向性好，穿透能力強，容易獲得較集中的聲能，在水中傳播的距離遠，因而超聲波常用于距離測量，在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農業(yè)等諸多領域中有廣泛的應用。超聲波可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾等優(yōu)點，是通過計算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸時間來測量距離的，對被測目標無損害，而且超聲波的傳播速度在相當大范圍內與頻率無關。在戶外使用傳感器的設備中，如果要求精度較高，則需要超聲波技術有良好的抑制噪音的能力，能區(qū)別噪音和反射信號。在使用過程中，如果精度要求不高，則可以認為傳播速度不變。 補償后聲速與溫度的關系[2]溫度/℃3020100102030100聲速/（m/s）313319325331337343349381超聲波的特點：①超聲波在不同介質中的傳播速度不同；②超聲波通過兩種或兩種以上的介質時會產生反射和折射的現(xiàn)象；③超聲波在空氣中的傳播有較大的衰減，尤其是頻率較大時衰減更大，因此在空氣中傳播時采用頻率較低的超聲波，一般采用頻率為幾十千赫茲的超聲波，典型應用頻率為40KHZ；④超聲波的頻率比音頻高，所以超聲波不易被環(huán)境中的噪音所干擾。1922年，首例超聲波治療的發(fā)明專利出現(xiàn)在德國。國內在超聲治療領域起步比歐美晚，到20世紀50年代初才只有少數醫(yī)院開展超聲治療的工作，從1950年北京首先開始用800KHZ頻率的超聲治療機治療多種疾病，到50年代開始逐漸推廣，并有了國產儀器。高強度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當代醫(yī)療技術中占據重要位置，而在21世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是21世紀治療腫瘤的最新技術。在機械制造，電子冶金，航海，航空，石油化工，交通運輸等工業(yè)領域也有廣泛地應用。本設計中還利用DS18B20進行溫度補償，以減小測距誤差。超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：井深、液位、管道長度等場合。主要闡述課題的研究背景、研究現(xiàn)狀以及研究目的和意義等；第二章：系統(tǒng)方案設計。主要闡述系統(tǒng)功能、性能測試和結果分析以及解決方案等。1 設計思路我們可以通過尺、激光測距等原理來實現(xiàn)距離測量，但通過尺測量速度慢，效率低；激光測距精度高速度快，但成本高。根據設計要求，并綜合考慮各種因素，本文章選擇STC89C51單片機做為主控制模塊，它控制40KHZ脈沖的觸發(fā)和超聲波從發(fā)射到接收的時間差，并顯示障礙物到傳感器的距離；用DS18B20進行溫度補償，校正超聲波在不同溫度下的傳播速度；用發(fā)光二極管和蜂鳴器實現(xiàn)報警提示電路；用HCSR04超聲波模塊實現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收。 AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。當使用自激震蕩方式時，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使內部振蕩器按照石英晶振的頻率震蕩，即產生時鐘信號。f的電容，RST再經一個10KΩ的下拉電阻接地，就可以實現(xiàn)單片機上電自動復位。在Flash 編程時，用于輸入編程脈沖。（4）/VPP（Pin31）為訪問外部或內部程序存儲器選擇信號，在進行Flash編程時，提供Flash編程電壓VPP。4. 并行I/0口P0~P3口引腳（1） ~（Pin39~Pin32）P0口是一個8位漏極開路型雙向I/0端口，P0口可做為通用I/O口使用。P1口是內部具有上拉電阻的8位準雙向I/O口，能驅動4個TTL負載。P2口做輸入輸出腳，為8位準雙向并行的I/O口；當P2用做普通I/O口時，P2口可以驅動4個LS型TTL負載。 P3端口的第二功能I/O端口第二功能名稱功能介紹RXD串行通信數據接收端口TXD串行通信數據發(fā)送端口外部中斷0請求端口外部中斷1請求端口T0定時/計數器0外部事件計數輸入端T1定時/計數器1外部事件計數輸入端外部數據存儲單元寫選通信號外部數據存儲單元讀選通信號 系統(tǒng)硬件設計組成部分系統(tǒng)硬件設計主要有STC89C51控制模塊，顯示模塊，超聲波發(fā)射接收模塊以及聲光報警模塊組成。復位電路中的電容和電阻的取值根據其充放電時間常數來定。顯示電路是通過單片機控制，將距離的百位、十位、個位的十六進制數送至P0口，經過上拉電阻送到數碼管的數據輸入端，~。s的高電平，即可觸發(fā)IO口測距。 HCSR04實物圖 數碼管顯示模塊，HCSR04模塊有四個管腳，其中VCC接5V電源，GND接地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出，： HCSR04電氣參數電氣參數HCSR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40KHZ最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10181。由此就可以通過發(fā)射超聲波到接收信號的時間間隔計算出障礙物到傳感器的距離。若要帶電連接，則先讓模塊的GND端先接地。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。一些傳感器具有較窄的6186。的傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。為調試方便和修改，超聲波發(fā)射模塊和單片機之間的接口采用排針相連。CX20106A是一塊8腳單列直插式超小型塑封結構的IC，： CX20106A各引腳號功能管腳號符號管腳功能1IN遙控信號輸入端2C1RC網絡連接端3C2檢波電容連接端4GND接地端5f0帶通濾波中心頻率設置端6C3積分電容連接端7OUT遙控指令信號輸出端8VCC供電電源端CX20106A的第5管腳的電阻決定接受的中心頻率，200K的電阻決定了接收的中心頻率為40KHZ，使用CX20106A存在一些優(yōu)缺點：優(yōu)點：簡單易用，電路簡單，減少了生產調制的麻煩。成本17元24元，使用HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊成本低、精度高、射程遠；同時由于使用CX20106A芯片和TR40制成的超聲波發(fā)射接收模塊，必須保證接收到的信號為40KHZ，否則無法解調出來，即無法計算出距離。綜上各優(yōu)點，本設計采用方案一來實現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收，即使用HCSR04超聲波發(fā)射接