【正文】 （ 3）晶振布線(xiàn)要盡量靠近單片機(jī)引腳，用地線(xiàn)把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)、晶振殼 接地并固定。 （ 4）電路板合理分區(qū)，劃分強(qiáng)弱信號(hào)，數(shù)字模擬信號(hào)分開(kāi)布線(xiàn)，敏感元 件遠(yuǎn)離干擾源。 (5）單片機(jī) I/O口、電源線(xiàn)、電路板線(xiàn)等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件，如磁珠、 磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩等。 （ 1）布線(xiàn)盡量減少回路環(huán)的面積，降低感應(yīng)噪聲。 (2）布線(xiàn)時(shí)，電源線(xiàn)和地線(xiàn)要盡量粗，其目的減小壓降外，更重要的是 降低耦合噪聲。 （ 3）對(duì)于單片機(jī)閑置 I/O口不要懸空，接地或者電源。 （ 4）在速度滿(mǎn)足要求的情況下，盡量降低晶振頻率。 （ 5） IC元件盡量直接焊接在電路板上，少用插座。 5結(jié)論 本設(shè)計(jì)是以 AT89C52為核心，借助于模數(shù)電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，解決了超聲波測(cè)距的一些難題。靈活的運(yùn)用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在討論了超聲波測(cè)距原理、硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，完成 了超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)要求。利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，利用超聲波的特性設(shè)計(jì)出 30 的一種簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波的應(yīng)用將越來(lái)越廣。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的超聲波技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。 31 參考文獻(xiàn) : [1] 卜英勇 ,何永強(qiáng) ,趙海鳴 ,等 . 一種高精度超聲波測(cè)距儀測(cè) 量精度的研究 [J ]. 鄭州大 學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 [2] 張珂 ,劉鋼海 . 提高超聲波測(cè)距精度方法的研究 [J ] . 現(xiàn)代電子技術(shù) ,2021 [3] 王麗娜 . 基于小波變換高精度在線(xiàn)超聲波測(cè)距技術(shù)研 究 [D] . 長(zhǎng)春 :長(zhǎng)春理工大學(xué) ,2021. 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[10] 田勝軍 ,秦宣云 ,何永強(qiáng) . 基于超聲波測(cè)距系統(tǒng)的溫度補(bǔ) 償電路設(shè)計(jì) [J ]. 微計(jì)算機(jī)信息 ,2021 ,23(5) :307 309. 32 一、 課題訓(xùn)練內(nèi)容 利用超聲波的指向性強(qiáng)、能量消耗慢、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)生活中很多場(chǎng)合如汽車(chē)倒車(chē)、機(jī)器人避障、工業(yè)測(cè)井、水庫(kù)液位測(cè)量等需要自動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)距的工作。 1. 培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)等資源查閱相關(guān)資料（包括外文資料），訓(xùn)練學(xué)生自主獲得知識(shí)的能力和自學(xué)能力； 2. 培養(yǎng)學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)踐并引申到相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)上， 鍛煉出自學(xué)能力； 3. 鍛煉學(xué)生外文閱讀及翻譯能力； 4. 鍛煉學(xué)生的自我創(chuàng)新能力； 5. 在書(shū)寫(xiě)論文的過(guò)程中，鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言組織能力、邏輯思維能力、辦公軟件使用的能力； 6. 培養(yǎng)學(xué)生 與人合作、相互交流的能力。 二、 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)和要求 1. 大量收集與本課題有關(guān)的資料：到圖書(shū)館、各大書(shū)店尋找 51單片機(jī)與超聲波測(cè)距模塊以及相關(guān)電路的資料，并認(rèn)真進(jìn)行閱讀；到各大數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)網(wǎng)站上搜索與本課題相關(guān)的學(xué)位論文和相關(guān)資料。 2. 5 月中旬交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿 ,經(jīng)指導(dǎo)教師檢查合格后才能進(jìn)行后續(xù)工作。并于 5月 21日前交最終的論文 . 3. 理清論文的總體思路，完成主要的研究工作： (1)以 51 單片機(jī)為核心 ,設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng) ,并在此基礎(chǔ)上完成基于 51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距并用顯示屏顯示的設(shè)計(jì) . (2)在上面 硬件的基礎(chǔ)上完成 C語(yǔ)言的程序編寫(xiě)工作 . (3)完善整個(gè)設(shè)計(jì) (硬件及軟件部分 ). ，字?jǐn)?shù)不少于 10000 字。論文包含 11 個(gè)部分：封面、任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、中英文摘要及關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、外文資料、中文譯文、致謝共 10個(gè)部分。 三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參數(shù)及主要參考資 料 33 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊的主要技術(shù)參數(shù) ①使用電壓： DC5V ②靜態(tài)電流：小于 2mA ③電平輸出：高 5V ④電平輸出：低 0V ⑤感應(yīng)角度：不大于 15 度 ⑥高精度：可達(dá) 2mm 參考文獻(xiàn) [1] 謝維成，楊加國(guó) .單片機(jī) 原理與應(yīng)用及 C51程序設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [2] 蔡菲娜 .單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用 .杭州：杭州大學(xué)出版社， 1995 [3] 李建忠 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 [4] 張齊等 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 基于 C語(yǔ)言編程 .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [5] 吳延海 .微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) .重慶：重慶大學(xué)出版社， 1997 [6] 李麗霞 .單片機(jī)在超聲波測(cè)距中的應(yīng)用 [J].電子技術(shù) ,2021 [7] 姜道連 ,寧延一 ,袁世良 .用 AT89C2051設(shè)計(jì)超聲波 測(cè)距儀 [J].國(guó)外電子元器件 ,2021 [8] 張鵬 ,張有志 .一種新型超生測(cè)距系統(tǒng) [J].山東 :山東大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021,33(1) [9] 李學(xué)海 .PIC單片機(jī)實(shí)用教程－基礎(chǔ)篇（第 1版） [M].北京航天航空大學(xué)出版社 .北京：2021年 2月 [10] 賈伯年 . 傳感器技術(shù) . 南京 : 東南大學(xué)出版社 ,2021 [11] 陳大新 ,胡學(xué)同 ,周杏鵬 .利用 FPGA 改進(jìn)超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì) [J].傳感器技術(shù) ,2021,24(2): 57～ 59 [12] 閻石 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . 北京 :高等教育出版社 ,1998 34 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表 序 號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成情況 檢查人簽名檢查日期 1 確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)整體進(jìn)行初步計(jì)劃。 2 初步完成開(kāi)題報(bào)告 。 3 確定設(shè)計(jì)原理圖，繪圖完成。 4 繪制 PCB 圖，并對(duì)所繪 PCB 進(jìn)行查錯(cuò)，確 認(rèn)無(wú)誤后開(kāi)始硬件焊接。 5 進(jìn)行設(shè)計(jì)硬件焊接及初步檢查。 6 , 上網(wǎng)查找相關(guān)器件的參數(shù)及使用資料。 7 對(duì)設(shè)計(jì)部分軟件的編寫(xiě)及調(diào)試。 8 論文編寫(xiě) 課題名稱(chēng) 基于 51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì) 院系名稱(chēng) 電子與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 姓 名 35 一、課題研究的意義 。 隨著機(jī)器人技術(shù)在其誕生后短短幾十年中的迅猛發(fā)展 ,它的應(yīng)用范圍也逐步由工業(yè)生產(chǎn)走向人們的生活。如此 廣泛的應(yīng)用使得提高人們對(duì)機(jī)器人的了解顯得尤為重要。機(jī)器人通過(guò)其感知系統(tǒng)察覺(jué)前方障礙物距離和周?chē)h(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)繞障、自動(dòng)尋線(xiàn)、測(cè)距等功能。 超聲波測(cè)距 相對(duì)其他測(cè)距技術(shù)而言成本低廉 ,測(cè)量精度較高 ,不受環(huán)境的限制 ,應(yīng)用方便，將它與紅外、灰度傳感器等結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)機(jī)器人尋線(xiàn)和繞障功能。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)常用于距離的測(cè)量。它主要應(yīng)用于 倒車(chē)?yán)走_(dá) 、測(cè)距儀、物位測(cè)量?jī)x、移動(dòng)機(jī)器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等，例如：距離、液位、井深、管道長(zhǎng)度、流速等場(chǎng)合。利用超聲波檢測(cè)往往比較 迅速、方便，且計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，在測(cè)量精度方面也能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來(lái)越廣。但就目前技術(shù)水品來(lái)說(shuō)，人民可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，目前只在自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的比較多，尤其在工件生產(chǎn)線(xiàn)中的非接觸環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)移位中。但如何將超聲波測(cè)距與自動(dòng)化、智能化接軌，并造福我們的日常生活，就顯的越發(fā)具有意義了。伴隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們生活水品的不斷提高，汽車(chē)的數(shù)量逐年增加，汽車(chē)駕駛員越來(lái)越為車(chē)的安全擔(dān)心，其中倒 車(chē)就是一個(gè)典型。在繁忙、擁擠、狹窄的地方倒車(chē)，成為不少駕駛員頭疼的問(wèn)題，此時(shí)，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就可以很大程度的避免汽車(chē)尾部與障礙物發(fā)生碰撞了。二、測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 歷史上使用超聲波來(lái)測(cè)量距離是從第二次世界大戰(zhàn)時(shí)海軍的聲納技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始。聲納是一種利用聲波在水下測(cè)定目標(biāo)距離和運(yùn)動(dòng)速度的儀器。經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家們對(duì)此反復(fù)研究，最終發(fā)現(xiàn)了超聲波的原理。超聲波測(cè)距應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)自動(dòng)控制，建筑工程測(cè)量和機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別等方面。超聲波作為一種檢測(cè)技術(shù)，采用的是非接觸式測(cè)量，由于它具有不受外界因 素影響，對(duì)環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，且操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。這些特點(diǎn)可使測(cè)量?jī)x器不受被測(cè)介質(zhì)的影響，大大解決了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器存在的問(wèn)題，比如，在粉塵多情況下對(duì)人引起的身體接觸傷害，腐蝕性質(zhì)的被測(cè)物對(duì)測(cè)量?jī)x器腐 36 蝕，觸電接觸不良造成的誤測(cè)等。此外該技術(shù)對(duì)被測(cè)元件無(wú)磨損，使測(cè)量?jī)x器牢固耐用，使用壽命加長(zhǎng)，而且還降低了能量耗損，節(jié)省人力和勞動(dòng)的強(qiáng)度。因此，利用超聲波檢測(cè)既迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單，又易于實(shí)時(shí)控制，在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。 然而超聲波測(cè)距在實(shí)際應(yīng)用也有很多局限性。由于超聲波在傳播 過(guò)程中，聲壓會(huì)隨距離的增大而呈指數(shù)規(guī)律衰減，遠(yuǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)幅度小、信噪比低，用固定閥值的比較器檢測(cè)回波，可能導(dǎo)致越過(guò)門(mén)檻的時(shí)間前后移動(dòng)，從而影響計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性，這必然會(huì)影響到測(cè)距的準(zhǔn)確度。另外就是構(gòu)成超聲波傳感器的壓電陶瓷片在壓電的雙向轉(zhuǎn)換過(guò)程中，存在慣性、滯后等現(xiàn)象，以及超聲波脈沖在空氣中傳播本身及多重的反射路徑，均導(dǎo)致回波信號(hào)被展寬，也使測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差，影響了測(cè)距的分辨率。其他如溫度，風(fēng)速等也會(huì)對(duì)測(cè)量造成一定的影響。 計(jì)量學(xué)在制造業(yè)中越來(lái)越重要。直接在機(jī)器上測(cè)量尤其能推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展。目前為止大部 分還是采用視覺(jué)的或觸覺(jué)的測(cè)量方法。但是墻的厚度就不能用這些來(lái)測(cè)量，因此德國(guó)人把超聲系統(tǒng)結(jié)合到機(jī)器設(shè)計(jì)出了測(cè)距方法。隨著超聲波的發(fā)展，早在 2021 年時(shí)英國(guó)人就設(shè)計(jì)出了可觀(guān)察、識(shí)別并測(cè)距的超聲波集成系統(tǒng)。 三、本課題的研究?jī)?nèi)容 ，分析課題的目的和發(fā)展意義，分析課題所具有 的優(yōu)勢(shì)，介紹課題的研究?jī)?nèi)容。 ,并對(duì)測(cè)距精度的提高方法提出一些改進(jìn) . 51 單片機(jī)為基礎(chǔ) ,結(jié)合超聲波模塊與顯示屏對(duì)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì) . . 四、研 究方法及手段 在深入了解 51 單片機(jī)、 C 語(yǔ)言、相關(guān)模塊的參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用 89C52 單片機(jī)、 LCD 顯示屏、超聲波模塊完成基于 51單片機(jī)的超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)。 1. 系統(tǒng)硬件原理框圖 37 圖 41 系統(tǒng)硬件原理圖 設(shè)計(jì)的整體原理圖如上。其中超聲波發(fā)射電路與接收電路采用超聲 HCSR04 即超聲波的發(fā)射與接收為一體。單片機(jī)控制器采用 89C52，并與驅(qū)動(dòng)電路共同組成單片機(jī)最小系統(tǒng)； LCD顯示電路采用 1602顯示屏。 系統(tǒng)硬件部分 、單片機(jī)最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì)是基于 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的，采用最常見(jiàn)的 89C52 單片機(jī)大大的節(jié)省的 設(shè)計(jì)的開(kāi)支。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元， AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線(xiàn) ， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 、超聲波發(fā)射與接收 兩者共用 HCSR04型號(hào)的超聲波模