【正文】 cs, and on the basis of analyzing the principle of ultrasonic ranging,points out the ranging system design ideas and issues to be considered, given the low cost, the single chip puter as the core of the high precision micro digital display, the hardware circuit and software design method of ultrasonic range finder. KEYWORDS:Sensor, ultrasonic distance measurement, SCM,STC12C5A60S2 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第 1章 緒論 ........................................................1 課題的背景 ..................................................1 課題研究綜述 ................................................2 研究內(nèi)容與方法 ..............................................3 論文內(nèi)容說明 ................................................3 第 2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ............................................5 超聲波測距原理綜述 ..........................................5 溫度補(bǔ)償 ....................................................7 方案總體設(shè)計(jì) ................................................7 方案論證 ....................................................8 控制模塊 .................................................8 顯示模塊 .................................................9 溫度模塊 ................................................10 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ...............................................11 單片機(jī)控制模塊 .............................................11 STC12C5A60S2 單片機(jī) .....................................11 STC12C5A60S2 單片機(jī)引腳功能 .............................11 單片機(jī)最小系統(tǒng) ..........................................14 超聲波測距模塊 .............................................14 超聲波傳感器介紹 ........................................14 超聲波發(fā)射電路 ..........................................15 超聲波接收電路 ..........................................16 超聲波測距模塊 HCSR04................................17 顯示模塊 ...................................................17 溫度補(bǔ)償模塊 ...............................................18 報(bào)警模塊 ...................................................19 電源模塊 ...................................................19 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...............................................21 主程序設(shè)計(jì) .................................................21 子程序設(shè)計(jì) .................................................22 定時(shí)器程序設(shè)計(jì) .............................................23 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序分析 .....................................24 DS18B20 溫度測量子程序 ..................................24 顯示處理子程序 ..........................................25 判斷報(bào)警子程序 ..........................................26 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 .........................................28 系統(tǒng)硬件調(diào)試方法及過程 ......................................28 短路與虛焊檢測 ..........................................28 上電測試 ................................................28 顯示模塊與報(bào)警模塊測試 ..................................29 溫度傳感器測試 ..........................................29 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法及過程 ......................................29 調(diào)試現(xiàn)象 ..................................................... 誤差分析 ..................................................... 第 6 章 總結(jié) 與展望 .................................................. 致 謝 .............................................................. 參考文獻(xiàn) ............................................................ 附錄一 超聲波測距原理圖 ........................................... 附錄二 源程序 ..................................................... 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題的背景 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一， 現(xiàn)代 信息技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù) 等 ，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人 類 的大腦，通信相當(dāng)于人類 的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人 類 的感官。 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。超聲波由于指向性強(qiáng)﹑ 能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而經(jīng)常用于測量物體的距離 、 厚度 、 液位等領(lǐng)域。 其中傳感器技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛的使用， 比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、壓力傳感器等等，其中超聲波傳感器在測量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中會(huì)發(fā)生衰減。超聲波既是一種波動(dòng)形式，又是一種能量形式，在傳播過程中 它 與媒介相互作用產(chǎn)生 超聲效應(yīng)。通過超聲波方法制備納米材料，達(dá)到了目前采用激光、紫外線照射和熱電作用 等方法 所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，具有很好的前景。 40KHz 的超聲波 具 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 有 在空氣中衰減較小，測量距離 較 遠(yuǎn)，同時(shí)測量精度可以達(dá)到厘米級(jí)別 等優(yōu)點(diǎn) 。聲納是一種利用聲波在水下測定目標(biāo)距離和運(yùn)動(dòng)速度的儀器，其技術(shù)至今已有一百 多 年的歷史，它是 1906 年由英國海軍的劉易斯?尼克森所發(fā)明。聲納技術(shù)還廣泛用于魚雷制導(dǎo)﹑水雷引信，以及魚群探測﹑海洋石油勘探﹑船舶導(dǎo)航﹑水下作業(yè)﹑水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等 方面 。 目前，發(fā)達(dá)國家在超聲波測距系統(tǒng)的研制方面處于領(lǐng)先水平。 近十年來，國內(nèi)科研人員在超聲波回波信號(hào)處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對超聲測距的常見影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。 研究內(nèi)容與方法 制作超聲波測距系統(tǒng)，并外加溫度補(bǔ)償使測距更精確。 論文內(nèi)容說明 本課題的研究內(nèi)容是基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)完成的主要功能是測量距離并將其顯示，根據(jù)距離長度進(jìn)行報(bào)警。對超聲波測距原理和溫度補(bǔ)償進(jìn)行簡要介紹 ,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出對測距系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對各模塊進(jìn)行討論。 在軟件設(shè)計(jì)中采用不模塊化編程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本設(shè)計(jì)分別對系統(tǒng)的主程序、 系統(tǒng)初始化子程序 、溫度測量模塊 、判斷報(bào)警模塊 和液晶顯示模塊的各個(gè)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 對這個(gè)課題設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié) ,并對設(shè)計(jì)發(fā)展前 景展望 。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時(shí)間即往返時(shí)間，往返時(shí)間與超聲波傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)。 圖 21 超聲波測距原理 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 21中被測距離為 H，兩探頭中心距離的一半用 M表示，超聲波單程所走過的距離用 L 表示，由圖可得 ?cosLH? (21) ? ?HMarctan?? (22) 將式 (22)帶入式 (21)得 ? ?? ?HMLH a r ct a nc o s? (23) 在整個(gè)傳播過程中，超聲波所走過的距離為 vtL?2 (24) 式中： v 為超聲波的傳播速度， t 為傳播時(shí)間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。經(jīng)分析和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為 40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。為了消除多解，常常需要引入包絡(luò)檢測和采用發(fā)射多種不同頻率波的方式減小不確定度，這就使得該方法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化。一般 情況下 溫度 每升高 1℃， 超聲波波度 增加約為 ，表 21 為超聲波在不同溫度下的波速值。 方案的總體設(shè)計(jì) 為方便檢修和維護(hù)硬件電路，設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。超聲波測距系統(tǒng)硬件框圖如圖 22所示。 圖 23 超聲波測距時(shí)序圖 方案論證 控制模塊 論證 控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能是能接收溫度模塊、時(shí)鐘模塊發(fā)送的信息，并將該信息進(jìn)行分析處理后發(fā)出控制指令控制顯示模塊的顯示內(nèi)容。所以單片機(jī)非常適合作為該操作系統(tǒng)的控制器所使用。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量， I/O 口的 引腳數(shù)量等。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、 PLCC封裝及表面貼附等。 超聲波傳感器選擇 超聲波傳感器有多種結(jié)構(gòu)形式，可分成直探頭 (接收縱波 )、斜探頭 (接收橫波 )、表面波探頭 (接收表面波 )、收發(fā)一體式探頭、收發(fā)分體式雙探頭等。收發(fā)分體式是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接受器用作接受超聲波。 顯示模塊 論證 顯示模塊是該設(shè)計(jì)的顯示