【正文】 目前市場上有多種導盲設備,但大多原理簡單、功能單一、較機械化,出現(xiàn)的問題也較多,給經(jīng)常出門的盲人使用者帶來不便。接觸式液位測量存在易滲漏、易腐蝕、不便于檢修和維護等問題，利用超聲波測距可以實現(xiàn)液位的非接觸式測量，解決上述問題。超聲波測距方法主要有相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間法三種。其中，CCD 探測具有使用方便、無需信號發(fā)射源、同時獲得大量的場景信息等特點，但視覺測距需要額外的計算開銷。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。當CX20106A 接收到40KHz的信號時，會在第7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，單片機外部中斷接到這個信號并采取相應動作，使測距結果在1602液晶上顯示出來。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射傳感器T構成。以獲得穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。課題的基本要求是CPU采用與51兼容的STC系列單片機，要求設計硬件電路圖及系統(tǒng)軟件，測量范圍10m，誤差10cm。從技術上看，超聲波測距系統(tǒng)在上個世紀70年代已經(jīng)實用化從上個世紀70年代末期已經(jīng)廣泛應用于各個領域。激光測距具有高方向性、高單色性、高亮度、測量速度快等優(yōu)勢，尤其是對雨霧有一定的穿透能力，抗干擾能力強，但其成本高、數(shù)據(jù)處理復雜。畢業(yè)設計對我來說，是對我之前三年半來所學的所有知識的一個非常全面的綜合性應用，涉及的理論知識面也很廣，需要了解各方面的知識，是理論與實踐相結合的最好體現(xiàn)，也是對我們大學生活的一種肯定，所以我們大家都是用心去把它做到最好，畢業(yè)設計經(jīng)過了很長的時間，也發(fā)現(xiàn)了很多問題，不過在練老師的耐心指導下都一一得到了解決，在這里再次表示感謝，同時也非常感謝這些年以來所有教導我的老師，你們辛苦了。測量20cm到500cm之間時精確度很高。而且測量距離越大，受到外部（如被測物周圍的其他物體）的影響就越大。其次，測量裝置會產(chǎn)生干擾，主要有以下幾個方面：機械振動或沖擊會對傳感器產(chǎn)生嚴重的干擾。表43 程序修正后測量結果與實際距離比較表測量數(shù)據(jù)（cm）實際數(shù)據(jù)（cm）絕對誤差（cm）相對誤差（%）第一次第二次第三次平均值表43的數(shù)據(jù)精確度可以達到要求，即實現(xiàn)了在20cm～500cm距離范圍內(nèi)利用超聲波進行的精確測距。NOP()。由表42數(shù)據(jù)作20cm～500cm時測量值實際值坐標圖如圖44所示。（1） 調(diào)整被測物與超聲波測距模塊之間的距離，連續(xù)測量3次求平均值。包括軟件的設計方法，軟件的運行流程和各個軟件的具體內(nèi)容。 while(1) { temperature()。} 主程序部分主程序主要控制整體系統(tǒng)的工作流程。 Tx=0。其中運行程序如下：void yunxing(){ uint j,k。 return temp1。 //跳過rom write_bey(0xbe)。 }} 溫度測量模塊溫度測量模塊主要是控制DS18B20溫度傳感器完成溫度測量，設計要點是先設計溫度測量模塊讀命令程序和寫命令程序，再根據(jù)以上兩個程序逐步編寫測溫程序。 液晶顯示模塊顯示模塊主要控制LCD1602液晶顯示屏顯示，設計要點是先根據(jù)液晶顯示模塊工作時序圖設計寫指令程序和寫數(shù)據(jù)程序，然后根據(jù)上兩個程序設計初始化程序和顯示程序。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。C語言有功能豐富的庫函數(shù)，運算速度快，編譯效率高，有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。操作十分方便。 本章小結這一章主要對超聲波測距系統(tǒng)的硬件設計進行了詳細的說明。 各部分連接方案本次所用元器件包括STC12C5A60S2單片機，LC D1602液晶顯示模塊，HCSR04超聲波測距模塊和DS18B20溫度傳感器。超聲波發(fā)射部分如圖29所示。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。　　第二，工作溫度。小功率超聲探頭多用作探測方面。當聲波進入某物體時,由于聲波振動使物質分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產(chǎn)生變化。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為歷害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。 超聲波測量模塊 超聲波的特性聲音是與人類生活緊密相關的一種自然現(xiàn)象。模塊功耗小、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。該系列單片機的主要特點有以下幾個方面：指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍； ；工作頻率范圍為0 35MHz；用戶應用程序空間為8k字節(jié)；片上集成1280字節(jié)RAM；含通用I/O口，每個I/O驅動能力均可達20mA，復位后為普通8051傳統(tǒng)I/O口，可設置成普通、推挽、高阻、開漏4種模式；ISP/IAP，無需專用編程器，無需專用仿真器；可通過串口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能；看門狗；內(nèi)部集成MAX專用復位電路、2路PWM、8路高速10為A/D轉換；；時鐘源為外部高精度晶體（），內(nèi)部R/C振蕩器，用戶在下載程序時可選擇使用類型；有兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器；外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿終端或低電平觸發(fā)中斷；工作溫度范圍是0～75℃。近年來，微處理器已廣泛應用于多種領域，尤其是在智能儀器儀表中的應用更是如此，這不僅引起了產(chǎn)品本身的變革，也深深地影響設計的理念的變革。為了得到較為精確的測量結果,必須對波速進行溫度補償。第2章 超聲波測距硬件設計超聲波測距的主要方法有脈沖回波法、共振法和頻差法等。測距時，可以根據(jù)時間變化，控制接收放大電路的增益，以實現(xiàn)對混響信號幅值的抑制。余振期間，由于無法區(qū)分回波信號與余振信號，因此必須等余振停止或衰減到足夠小后，才能允許接收傳感器接受信號。但是當它采用較高頻率超聲波時，會因空氣吸收而較快衰減，導致有效測量距離降低；在通過降低頻率以增大測距范圍時，測距的絕對誤差又會增大。超聲測距、無線傳輸讓整個導盲設備更輕便。移動機器人需要裝備多種傳感器來獲取環(huán)境信息以確定自身的位置和繞開障礙物，其中比較常用的傳感系統(tǒng)是視覺系統(tǒng)和超聲波測距系統(tǒng)。因此，當前超聲波測距一般使用渡越時間法。與前幾種測距方式相比，超聲波測距可以直接測量近距離目標，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點。 MCU。本次課題的主要內(nèi)容是在深入學習單片機的基礎上，設計并實現(xiàn)利用超聲波進行距離測量的系統(tǒng)。為提高精度，應考慮溫度補償問題。關鍵詞　超聲波；測距；單片機；溫度補償AbstractUltrasonic ranging is a kind of wireless ranging. Because of ultrasonic ranging can measure near objective directly, have a high lengthways resolution ratio, it39。其中，CCD探測具有使用方便、無需信號發(fā)射源、同時獲得大量的場景信息等特點，但視覺測距需要額外的計算開銷。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用于距離的測量中。 超聲波測距技術研究的主要成果超聲波測距憑借其原理簡單、易于實現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點，在液位測量、移動機器人定位和避障、汽車防撞、曲面仿形檢測和導盲系統(tǒng)等領域得到了廣泛的應用。大多數(shù)曲面外形尺寸很難通過傳統(tǒng)測量方式獲得，而超聲波測距可以通過采用多傳感器多角度測距，確定其外形特征，以實現(xiàn)對曲面的檢測。隨著超聲波回波信號處理方法的不斷完善，如何研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進一步拓寬超聲波測距的應用空間，作為解決超聲波測距系統(tǒng)不足的根本手段，越來越受到國內(nèi)學者關注?；夭ㄐ盘柗惦S傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，使得接收傳感器接收到的回波信號隨著測量距離的增大而大幅減小，給回波前沿的準確定位帶來困難，造成測量精度降低?；祉懶盘柺怯捎谒薪橘|及界面等非目標物對發(fā)射信號的反向散射波在接收點疊加而產(chǎn)生的。論文共分為五章，章節(jié)主要內(nèi)容如下：第2章主要說明超聲波測距系統(tǒng)的硬件構成，包括超聲波測距的原理，單片機核心與各部分電路的芯片介紹與方案設計以及各部分電路與單片機核心之間的連接方式。在常溫下,超聲波的傳播速度為340m/s,但其傳播速度v易受到空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響,其中溫度的影響最大。它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個微型計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。在本次畢業(yè)設計中我選用的圖22 單片機核心板電路是AT89C51單片機，是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能的CMOS微處理器。單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。按鍵復位電路即要實現(xiàn)復位的話，只要按下RESET鍵即可。該模塊具有如下特點：可分為2行共顯示32個字符，每行16個字符；其可與8位或4位微處理器圖25 單片機復位電路可分為2行共顯示32個字符，每行16個字符；其可與8位或4位微處理器連接；內(nèi)藏式字符發(fā)生器ROM，可提供160種工業(yè)標準字符，包括全部大小寫字母、阿拉伯數(shù)字及片假名，以及32個特殊字符與符號的顯示；內(nèi)藏式ROM可根據(jù)用戶的需要由用戶自定義字符或符號；需+5V單電源供電；低功耗。圖26 液晶驅動電路原理圖DS18B20溫度測量模塊的內(nèi)部結構主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器四部分組成。其次是吸收特性。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質量有關外，主要是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質分子愈能得到更高的能量。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。超聲波傳感器的主要性能指標包括以下幾點：第一，工作頻率。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。單片機端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。使用CX20106A 集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波，其總放大增益80db。超聲波發(fā)射和接收模塊采用HCSR04超聲波測距模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確。Keil軟件的優(yōu)點主要有以下幾點：首先，Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。因此，匯編語言可直接利用機器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器、標志位以及一些特殊指令等，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等優(yōu)點。因此利用C語言編寫程序可以大大縮短目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，程序的可讀性明顯增加，便于改進、擴充、研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)， ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外部中斷0接收返回的超聲波信號。numlow。 DS18B20_Init()。 temp1=temp1|l。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外部中斷1關閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。NOP()。 //求測量10次距離的平均值}外部中斷程序如下：void int0() interrupt 0{ n=(TH0*256+TL0)。 //打開計時和各個中斷 TR0=1。 show(0x04,temp,5)。液晶顯示如圖42所示。（2） 實驗結果分析圖43 0～20cm時測量值實際值坐標圖對表41結果做測量數(shù)據(jù)實際數(shù)據(jù)坐標圖如圖43所示。j++) //測量10次 { Tx=1。 //計算距離 distance=distance/； //線性誤差修正 zonghe+=distance。 測量結果不夠精確本次實驗的測量數(shù)據(jù)存在一定誤差。最后，即使超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離能保證遠遠小于測量距離，θ也會對超聲波測距的準確性產(chǎn)生一定影響。整個系統(tǒng)主要包括單片機核心板、超聲波測量模塊、液晶顯示模塊和溫度測量模塊。通過資料的查閱，制定方案，設計硬件電路，軟件編程，系統(tǒng)調(diào)試等一系列過程，極大的豐富了我的專業(yè)知識，使我的理論與實際動手能力又有了一個很大的提高，特別是在單片機編程方面又學到了不少新的東西。目前，典型的無線測距方法有超聲波測距、CCD 探測、雷達測距、激光測距等。超聲波測距方法主要有相位檢測法、聲波幅值檢測法和脈沖回波法三種。系統(tǒng)由單片機、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收模塊、顯示電路組成。按照系統(tǒng)設計的功能要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。壓電效應主要分為正壓電效應和逆壓電效應，所謂正壓電效應就是在晶片兩極加入電壓時，晶片會產(chǎn)生機械形變，從而在晶片表