【正文】 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(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波 —— 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波 ；表面波 —— 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟ā? 超聲波是聽覺(jué)閾值之外的振動(dòng)，其頻率范圍在 104 —— 1012 Hz，其中通常的頻率大約在 104 —— 3 10? 6 之間。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。因此，我國(guó)對(duì)超聲波的研究特別活躍。 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第二章 超聲波測(cè)距的原理 超聲波的基本理論 超聲波是一門以物理、電子、機(jī)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(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 1) 實(shí)驗(yàn)檢查； 2) 測(cè)試數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)的 PCB 制作 1) PCB 布局布線； 2) PCB 實(shí)驗(yàn)板的焊接。 2) 元件的選擇 。 本設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容 1 超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)要求如下： 1） 測(cè)量距離 6m； 2） 精度優(yōu)于 1%； 3） 進(jìn)行溫度補(bǔ)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(cè)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?yán)щy，可擴(kuò)展性差，所以基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。例如，液面測(cè)量就是一種距離測(cè)量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過(guò)給電或脈沖來(lái)檢測(cè)液面，電極長(zhǎng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括單片機(jī)基本擴(kuò)展、 外圍電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 （ 5）辦公用品：復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（ PDA）、變頻空調(diào)設(shè)備、通信終端、程控變換機(jī)、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(jī)器人、機(jī)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(dá)、電子對(duì)抗、軍事通訊裝備等。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機(jī)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(wú)需對(duì)硬件資源做任何改動(dòng)，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級(jí)。 嵌入式系統(tǒng)無(wú)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(jì)算機(jī)技術(shù)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域。 【關(guān)鍵詞】 ：超聲波測(cè)距，單片機(jī)， DS18B20 溫度補(bǔ)償， LCD 顯示，軟件設(shè)計(jì)， 誤差分析。 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 【摘要】： 基于傳統(tǒng)的方法在很多特殊場(chǎng)合：如帶腐蝕的液體，強(qiáng)電磁干擾，有毒等惡劣條件下，測(cè)量距離存在不可克服的缺陷，超聲波測(cè)距能很好的解決此類的問(wèn)題。本論文主要對(duì)單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理，單片機(jī)的應(yīng)用等進(jìn)行了分析；對(duì)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(jì)；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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 electromagic 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. 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 目錄 第一章 引言 …………………………… .…………………… ....................... 5 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述 …………… .………………… .........................5 超聲波測(cè)距系統(tǒng)概述 …………… .………………… ..........… .......... 6 本設(shè)計(jì)任務(wù)主要內(nèi)容 …………… .……………… … ..........… .......... 6 第二章 超聲波測(cè)距的原理 …………………… .……… … … ........… ........... 7 超聲波的基本理論 …………………… .……… … … .........… ........... 7 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理 ………………………………… ....................10 第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì) ……………………………… … … ......……… .12 方案論 證與比較 ……………………………………… ....................12 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 …………………………… … … ....................15 單片機(jī)電路 …………………………………… .........................15 復(fù)位電路 ……………………………… ..............……… … … ...16 時(shí)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 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ……………………………… ....……………… ...… 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(jì)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(jì) ………………………………………… ........……… .....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(jì) ……………… …………… ..…………… 46 布局布線 ……………………………………………… ......……… ..48 制造文件輸出 ……………………………………… .… ......…… .....51 第六章 元件采購(gòu) …………………………………………… ......… … .........52 BOM 文件導(dǎo)出 …………………………………… ....…… … .… ...52 元件采購(gòu) …………………………………………… ......… ...…… ...53 第七章 樣機(jī)制作 ……………………… …………………… ......… … … .....54 裝配圖 ……………………………………………… .....… … …… ...54 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 焊接和檢查 …………………………………………… ......…… ...… .55 樣機(jī)圖 ………………………………………………… ......… … ...… .56 單片機(jī)學(xué)習(xí)板的使用 ..........................................................................56 第八章 實(shí)驗(yàn)分析 …………………………………………… ..…………… .57 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 ……………………………………………… ...........…… ...57 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) …………………………………………… … ........… ..........58 誤差分析 …………………………………………… … ........… ..........58 改進(jìn) …………………………………………………… ........… ..........59 第九章 總結(jié) ……………………………………………………… … … ...60致謝 ……………………………………………………………… … …… .61附錄 ……………………………………………………………… ..……… ...62 A 系統(tǒng)原理圖 ………………………………………… .....… ..…… ...62 B C 源程序 ……………………………………………… .………… 63參考文獻(xiàn) ……………………………………………………… ..… … …… ...73 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 第一章 引言 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述 單片機(jī) 是一個(gè)單芯片形態(tài)、面向控制對(duì)象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在兩個(gè)重要領(lǐng)域 —— 通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計(jì)算機(jī)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(huì)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級(jí)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(huì)中嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，早已被應(yīng)用在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域，主要可以歸納為以下幾個(gè)方面。 （ 2）家用電器：各種家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)、 VCD、 DVD、可視電話、洗衣機(jī)、電冰箱、手機(jī)、智能玩具