【正文】 其中為反射波和折射波的速度。(2)橫波聲速公式為 （無限介質(zhì)） 在固體中，介于0——5之間，因此一般可視為橫波聲速為縱波的一半。 超聲波在固體中的傳播速度分兩種情況： (1)縱波在固體介質(zhì)中的傳播速度 其傳播與介質(zhì)的形狀有關(guān)。 可以推導(dǎo)出超聲波在空氣種傳播速度。 超聲波與氣其他聲波一樣，其傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。于是超聲波在傳播過程中有如下的特性和作用：1 超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三中形式的振蕩波：橫波——質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波——質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波；表面波——質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟ā３暡ㄊ锹犛X閾值之外的振動，其頻率范圍在10——10Hz，其中通常的頻率大約在10——3之間。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。第二章 超聲波測距的原理 超聲波的基本理論 超聲波是一門以物理、電子、機械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。 5 樣機實驗測試 1) 實驗檢查； 2) 測試數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)的PCB制作 1) PCB布局布線； 2) PCB實驗板的焊接。 2) 元件的選擇。 1超聲波測距儀設(shè)計要求如下： 1） 測量距離6m； 2） 精度優(yōu)于1%； 3） 進行溫度補償； 4） 顯示方式采樣LCD； 5） 具有抗干擾能量； 6） 體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統(tǒng)。超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試困難，可擴展性差，所以基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長期浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計包括單片機基本擴展、外圍電路設(shè)計和程序設(shè)計、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計等內(nèi)容。 （5）辦公用品：復(fù)印機、打印機、傳真機、掃描儀、手機、個人數(shù)字助理（PDA）、變頻空調(diào)設(shè)備、通信終端、程控變換機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （3）工業(yè)控制：各種智能儀器儀表、數(shù)控裝置、可編程控制器、分布式控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、機電一體化設(shè)備、汽車電子設(shè)備等。 （1）軍事裝備：各種武器控制（火炮控制、彈道控制、炮彈引信等），坦克、艦船、轟炸等各種電子裝備，雷達、電子對抗、軍事通訊裝備等。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對實時響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)用使電子系統(tǒng)的智能化出現(xiàn)了意想不到的效果，常常無需對硬件資源做任何改動，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級。 嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)前最熱門、最具有發(fā)展前景的IT應(yīng)用之一。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計算機技術(shù)從通用型數(shù)值計算領(lǐng)域進入到智能化的控制領(lǐng)域。【關(guān)鍵詞】：超聲波測距，單片機，DS18B20溫度補償，LCD顯示，軟件設(shè)計，誤差分析。 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)實現(xiàn) 【摘要】：基于傳統(tǒng)的方法在很多特殊場合：如帶腐蝕的液體，強電磁干擾，有毒等惡劣條件下，測量距離存在不可克服的缺陷，超聲波測距能很好的解決此類的問題。本論文主要對單片機超聲波測距系統(tǒng)的原理，單片機的應(yīng)用等進行了分析；對超聲波的發(fā)生電路和接收電路，DS18B20溫度采集電路，LCD顯示電路，硬件制作和軟件設(shè)計；對系統(tǒng)進行誤差分析。Abstract: In many special occasions, traditional methods based on the existence of insurmountable distance measuring defects, such as the measurement of corrosion in the liquid with strong electromagnetic interference, toxic and other adverse conditions, the ultrasonic range can be a very good solution to the problem of such . In this paper, focused on singlechip microputerbased ultrasonic ranging system, namely the principle of ultrasonic distance measurement, the occurrence of ultrasonic circuit, echo receiver, data acquisition, LCD data show the principle of singlechip applications, system hardware, DS18B20 the temperature pensation ，software design and production were discussed.Key words: ultrasonic ranging, singlechip, DS18B20 the temperature pensation, LCD display, software design, error analysis. 目錄第一章 引言…………………………….……………………....................... 5 單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述…………….………………….........................5 超聲波測距系統(tǒng)概述…………….…………………..........….......... 6 本設(shè)計任務(wù)主要內(nèi)容…………….…………………..........….......... 6第二章 超聲波測距的原理…………………….……………........…........... 7 超聲波的基本理論…………………….…………….........…........... 7 超聲波測距系統(tǒng)原理…………………………………....................10第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計……………………………………......……….12 方案論證與比較………………………………………....................12 單片機主機系統(tǒng)電路…………………………………....................15 單片機電路…………………………………….........................15 復(fù)位電路………………………………..............……………...16 時鐘電路…………………………………..............…………...16 按鍵電路…………………………………..............…………...17 蜂鳴器電路…………………………………..............…….......17 超聲波發(fā)送電路…………………………………..........……...…...18 超聲波接收電路……………………………………..........………..18 溫度采集DS18B20電路…………………………..........………....20 LCD顯示電路……………………………………...........……......20 電源電路……………………………………..…..........…………....22第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計………………………………....………………...…25 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)…………………………………....……………...….25 系統(tǒng)主程序……………………………………....……………...….25 40KHz超聲波發(fā)送程序………………………..……………..….29 超聲波的接收和處理………………………………….....……...…30 DS18B20溫度采集程序………………..........................................30 距離計算程序……………………………………….....………..….35 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序………………………………………….....……...…36 LCD顯示程序…………………………………………...…….…..37 基于Proteus的軟件仿真……………………………..…….............42第五章 PCB設(shè)計…………………………………………........……….....44 元件選擇……………………………………………….....………...44 Altium designer原理圖的繪制…………………..………….….....45 元件封裝制作…………………………………….....…………...…45 PCB的電磁兼容性設(shè)計……………………………..……………46 布局布線………………………………………………......………..48 制造文件輸出……………………………………….…......…….....51第六章 元件采購……………………………………………......…….........52 BOM文件導(dǎo)出……………………………………....……….…...52 元件采購……………………………………………......…...……...53第七章 樣機制作……………………………………………......……….....54 裝配圖……………………………………………….....…………...54 焊接和檢查……………………………………………......……...….55 樣機圖…………………………………………………......……...….56 單片機學(xué)習(xí)板的使用..........................................................................56第八章 實驗分析……………………………………………..…………….57 實驗測試………………………………………………...........……...57 實驗數(shù)據(jù)………………………………………………........…..........58 誤差分析………………………………………………........…..........58 改進……………………………………………………........…..........59第九章 總結(jié)……………………………………………………………...60致謝……………………………………………………………………….61附錄………………………………………………………………..………...62 A 系統(tǒng)原理圖………………………………………….....…..……...62B C源程序……………………………………………….…………63參考文獻………………………………………………………..…………...73 第一章 引言 單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述 單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應(yīng)用計算機系統(tǒng)。從此，計算機技術(shù)在兩個重要領(lǐng)域——通用計算機領(lǐng)域和嵌入式計算機領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的社會。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級成為智能化的電子產(chǎn)品，使其成為具有“生命”的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)?，F(xiàn)代社會中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域，主要可以歸納為以下幾個方面。 （2）家用電器：各種家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機頂盒、數(shù)碼相機、VCD、DVD、可視電話、洗衣機、電冰箱、手機、智能玩具等。 （4）商用設(shè)備：各種收款機、POS系統(tǒng)、電子秤、條形碼閱讀器、商務(wù)終端、IC卡輸入設(shè)備、自動柜員機、防盜系統(tǒng)等。 （6）醫(yī)療電子設(shè)備：各種醫(yī)療電子儀器，如X光機、超聲診斷儀、心臟起搏器、監(jiān)護儀器等，以及輔助診斷系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等。通常開發(fā)一個單片機系統(tǒng)的步驟如下： 圖 設(shè)計步驟 超聲波測距系統(tǒng)概述在基于傳統(tǒng)的測力距離存在不可克服的缺陷。由于超聲波具有強度大，方向性好等特點，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量、機器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機通過采樣獲取到超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進行測距補償，其測量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。2 硬件電路的設(shè)計 1) 方案的論證。 3) 用Altium designer繪制原理圖。 4 系統(tǒng)軟件的編寫 1) 軟件的編寫和編譯檢查； 2) 基于Proteus的軟件仿真。6 誤差分析 1）誤差的分析；