目录
1 前言 (1)
2 超声测距系统的总体构想 (2)
2.1 设计任务与要求体 (2)
2.2 设计方案 (2)
2.2.1 设计思路 (2)
2.2.2 芯片的选择与功能 (3)
3 硬件电路设计 (4)
3.1 系统硬件电路的设计思想 (4)
3.2 系统硬件电路的设计 (4)
3.2.1 单片机系统电路 (4)
3.2.2显示电路 (7)
3.2.3超声波发射电路 (8)
3.2.4超声波检测接收电路 (9)
3.2.5声光报警电路 (11)
4 系统软件的设计 (12)
4.1系统的算法设计 (12)
4.2 主程序的设计 (12)
4.3定时器T1中断服务子程序的设计 (14)
4.4延时子程序的设计 (15)
5.1 硬件调试 (17)
5.2 软件调试 (17)
5.3 软、硬件联合调试 (18)
6 结束语 (20)
参考文献 (21)
1 前言
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。
2 超声测距系统的总体构想
2.1 设计任务与要求体
本次毕业设计的任务比较明确，主要是测量超声波到反射物的距离，此设计中最关键的是计算从超声波发出到途中遇到障碍物反射回来的往返时间，然后利用有关参数根据距离计算公式算出所测距离，要求测距的范围是0.5到10米，所测到距离要能够实时显示，如果距离小于0.5米，将采用声光报警来提示用户。
在设计当中以单片机为核心器件，形成相应的测距电路，信号处理电路及报警电路，自行编制单片机控制程序，并进行硬件调试、软件调试，最后进行软硬件联调，达到性能要求。
系统性能要求如下：
1．收发传感器均选用超声波传感器； 2．距离要求显示； 3．探测距离0.5m—10m；4．工作温度-20—45℃。
2.2 设计方案
2.2.1 设计思路
本系统主要是基于单片机的测距系统，在系统的设计当中要以单片机为核心器件，分为超声波发射电路和超声波检测接收电路、显示及报警四部分。超声波测距电路的设计框图如图2.1所示：
图2.1 超声波测距电路的设计框图
本方案采用单片机作为控制系统，用单片机产生8个40kHz的超声波，脉冲持续时间为0.2ms左右，时隔59.8ms反复进行。此脉冲信号作为计时的起始脉冲，由单片机输出的端口的高频脉冲经过74LS04六反相器功率放大、升压后与超声波探头产生共振，使超声波探头工作，则超声波由超声波发射头发射出去。接收电路由超声波接收器、CX20106A集成电路组成。使用CX20106A集成电路对接收探头收到的信号进行放大、滤波。当CX20106A接收到反射40kHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入，停止计数器T0计数，并读取T0计数值存储。发射超声波时，压电传感器中的压电晶片受发射电脉冲激励后产生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。接收超声波时，两电极间未外加电，共振板接收到超声波，将压迫压电晶片作振动将机械能转换为电信号。
2.2.2 芯片的选择与功能
在整个的系统设计当中，元器件的选择是否适合本设计的需求，对于系统设计的成功与否起着相当重要的作用，所以在系统的设计过程中，一定要慎重地选择所要用的元器件。在本系统中，单片机采用AT89C51，具有较高的数据存储空间；超声波传感器选择T/R40-16（T发射/R接收）；LED七段数码管选用简单实用的四位LED共阳数码管，位码采用PNP三极管8550驱动；超声波发射电路采用六反相器74LS04构成的推挽形式将方波信号加到超声波传感器两端，以提高超声波的发射强度；超声波检测接收电路主要采用CX20106A集成电路。
3 硬件电路设计
3.1 系统硬件电路的设计思想
本系统主要是用单片机来实现的测距电路的设计，按照设计的要求，主要是根据超声波测距原理，以AT89C51单片机控制系统为核心来设计本系统。
以下是对超声波测距系统的各部分电路的说明：
1、AT89C51单片机最小系统是本系统设计的核心部分。它的主要作用是：
①发射40kHz的方波信号用来驱动超声波传感器发生超声波信号；
②利用计数器T0对超声波从发射到返回所用的时间进行计数；
③利用外部中断0口来检测超声波回波信号；
④根据所测出的时间及有关参数来计算距离；
⑤控制有关参数的输入与显示。
2、显示电路的作用是采用动态扫描法使4位LED共阳数码管实时显示。
3、超声波发射电路的作用主要是将单片机发射过来的40kHz的方波信号放大加到超声波发射传感器两极，用以驱动超声波传感器发生超声波信号。
4、超声波检测接收电路的作用主要是对接收到的超声波回波进行放大和整形，将其转换成单片机中断信号。
5、声光报警电路的作用主要是根据有关参数及设计要求使系统按要求发出相应的报警信号。
3.2 系统硬件电路的设计
本系统的硬件电路主要分为单片机系统、显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路及声光报警电路五部分。
3.2.1 单片机系统电路
单片机最小系统电路是整个硬件电路中非常重要的一部分。单片机系统主要起控制电路中的各部分能够按照设计要求正常工作的作用，在本电路中单片机采用AT89C51，采用了12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机AT89C51系统电路如图3.1所示：
图3.1单片机AT89C51系统电路
1、单片机AT89C51
AT89C51是一种低功耗、高性能的含有4K字节快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造。芯片上的FPEROM允许在线或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。AT89C51的内部有256个字节的RAM，地址范围是00H-FFH，但实际提供给用户使用的只有128个字节（00H-7FH），另128个字节（80H-FFH）是特殊寄存器区。除ROM和RAM外，芯片内部还有两个16位的定
时器/计数器，在本系统中定时器T0用来测量超声波的传输时间。
AT89C51的主要性能如下：
⑴与MCS-51微控制器产品系列兼容；
⑵片内有4K字节的可在线重复编程快闪擦写存储芯器（Flash Memory）；
⑶编程所需的所有时序和电压，均不需外部电路供给；
⑷存储器可循环写入/擦除1000次；
⑸存储数据保存时间为10年；
⑹宽工作电压范围：Vcc可由2.7V到6V；
⑺全静态工作：可由0Hz到16MHz；
⑻程序存储器具有3级锁存保护；
⑼128×8位内部RAM；
⑽ 32条可编程I/O线；
⑾两个16位定时器/计时器；
⑿中断结构具有5个中断源和2个优先级；
⒀可编程全双工串行通道；
⒁空闲状态维持低功耗和掉电状态保护存储内容。
2、时钟电路
常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式，本系统采用的是内部时钟方式。51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2.。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容。这里晶振的振荡频率为12MHz，电路中的电容C6、C7选为30pF。
单片机原理与应用课程设计 3、复位电路 本系统设计是的上电自动复位电路，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，当电源接通时只要Vcc 的上升时间不超过1ms ，就可以实现自动上电复位。 3.2.2显示电路 在本系统的显示电路的设计中主要采用的是4位共阳LED 数码管，根据LED 数码管内部发光二极管的连接方式，数码管结构可以分为共阳极型和共阴极型两种，共阳极型的内部发光二极管是由阳极连在一起接高电平。由于P0口输出电压很低，无法驱动数码管点亮，所以要加上拉电阻，一般选择10k Ω上拉电阻。同时数码管额定工作电压范围为1.2—1.5V ，工作电流为10mA,要加限流电阻，根据公式： 5 1.535010V V m A -=Ω 所以此处限流电阻选择380Ω。显示电路如图3.3所示：
图3.3 显示电路
3.2.3超声波发射电路
超声波发射电路主要由六反相器74LS04组成的推挽电路和超声波发射传感器构成。超声波发射电路如图3.4所示。单片机P1.0端口向外输出超声波脉冲信号，该信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两极反相器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反相器并联，用以提高驱动能力。其中的上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。
图3.4 超声波发射电路
1、反相器
在本系统的超声波发射电路中采用的反相器是六反相器74LS04芯片，其引脚结构如图3.5所示：
图3.5 芯片74LS04引脚结构
由其引脚结构可知， 7脚接地，14脚接电源，剩下12个管脚可分为六个反相器，其中A为输入端，Y为输出端，例如：1A输入，1Y输出。
2、超声波传感器
超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。
人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率通常在20Hz-20kHz范围内，超过20kHz称为超声波，低于20Hz的称为次声波。常用的超声波频率为几十kHz-几十MHz。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它的波形有纵波、横波、表面波三种。质点的振动与波的传播方向一致的波称为纵波；质点的振动与波的传播方向垂直的波称为横波；质点的振动介于纵波与之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减的波称为表面波。横波、表面波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体及气体中传播。
3.2.4超声波检测接收电路
超声波检测接收电路主要是由红外线检波接收的专用芯片CX20106A以及超声波接收传感器R构成的，其电路图如图 3.12所示。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，而且CX20106A的载波频率可以通过其5脚与电源所接的电阻大小调整到40kHz，所以可以利用它制作超声波检测接收电路。用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。以集成片CX20106A的7脚做为指今输出端，利用单片机外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号；CX20106A的5脚与电源之间所接电阻R7的大小决定着它本身的带通滤波器的中心频率
f的大小，在本系统中选择R7的阻值为200k ，此
时的中心频率
f=40kHz；超声波接收传感器R接在CX20106A的1脚与地所接电容C5
的两端，根据测量范围要求不同，可适当更改接于超声波接收传感器R电极两端的电容C5的大小，以改变接收电路的接收灵敏度和抗干扰能力
图
3.12 超声波检测接收电路
红外线检波的专用芯片CX20106A是8脚单列直插式塑封结构，其各引脚功能如表3.2所示，它的主要功能是对接收到的超声波信号进行放大、滤波。它主要是由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器（BPF）、峰值检波器和波形整形器等组成。其主要特点如下：
（1）低电压供电（Vcc=5V），低功耗（Vcc=5V时，典型功耗为9mV）。
（2）带通滤波器在集成电路内部，滤波特性由5脚和电源之间外接电阻的阻值来决定，可不必进行调整，带通滤波器的频率范围为30～60kHz，由于没有使用电感，可免受磁场的影响。
（3）能和PIN光电二极管直接相连。
（4）集电极开路输出，能直接与TTL或CMOS电路相连
使用CX 20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。以下是CX20106A的引脚注释。
1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。
3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。
4脚：接地端。
5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率
f0≈38kHz。
6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。
7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。
8脚：电源正极，4.5～5V。
3.2.5声光报警电路
本系统的电路设计要求测量距离小于0.5米时电路发生声光报警。在本系统的设计当中应用单片机程序控制电路发生报警，通过单片机输出低电平触发的，选择了发光二极管以及蜂鸣器作为该报警电路的主要元器件，声光报警电路如图3.13所示：
图3.13 声光报警电路
4 系统软件的设计
4.1系统的算法设计
根据超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出超声波脉冲信号，超声波遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器R接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：S=CT/2
其中的S为被测物体与测距器之间的距离，C为声速，T为声波来回所用的时间。设计时取超声波20℃时的声速为344m/s。所以，只要测出超声波往返的时间，即可求得距离。
由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，在本系统的设计中取20℃时的的声速为344m/s。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
4.2 主程序的设计
系统初始化后就启动定时器T1从0开始计数，此时主程序进入等待，当到达60 ms时T1溢出进入T1中断服务子程序；在T1中断服务子程序中将启动一次新的超声波发射，此时将在P1.0引脚上开始产生超声波脉冲信号，同时开启计数器T0计数，为了避免直射波的绕射，需要延迟1 ms后再开INT0中断允许；INT0中断允许打开后，若P3.2(INT0)引脚出现低电平则代表收到回波信号，将提出中断请求进入INT0中断服务子程序，在INT0中断服务子程序中将停止计数器T0计数，读取计数器T0计数值到相应的存储区，同时设置接收成功标志；主程序一旦检测到接收成功标志，单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离；此后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将报警；如果没有检测到接收成功标志，则继续等待回波；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将再次启动T1以溢出，进入下一次测距。主程序的流程图如图4.1所示：
图4.1主程序流程图
4.3定时器T1中断服务子程序的设计
本设计中40 kHz方波的产生采用软件方式实现：控制P1.0口输出12.5μs的高电平，再输出12.5μs的低电平，这样得到一个周期为40 kHz的脉冲，再循环发送8次。超声波发生子程序用定时器T1中断程序产生超声波。定时器T1中断服务程序流程图如图4.2所示：
图4.2 定时器T1中断服务程序流程图
外部中断INT0中断服务子程序的设计：
本设计利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即INT0引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断后就立即关闭计数器T0停止计数，并将接收成功标志字赋值1。外部中断INT0中断服务子程序流程图如图4.3所示：
图4.3 INT0中断服务子程序流程图
4.4延时子程序的设计
在软件程序的设计当中，无论是在数码管动态扫描程序当中，或是在超声波的发射与接收中，延时程序都占有很重的份量，如果没有延时程序的工作，系统也不会稳定而且正常的工作。延时程序如下：
void delay()//超声避开自己发出波的延时。
{int m;
for(m=0;m<200;m++)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
}
void Delay(ui i)
{
for(;i>0;--i); }
此外，还有几点需要说明的是：
(1)定时器T1之所以是60 ms 溢出是因为它是16位定时／计数器(65535)。在使用12MHz 的晶振时，由于周期T=1/f=1／[(12×610)／12]=1μs ，则根据计算初值公
式166X 0.06-?=（2-）10，求得X=159F ，即定时器T1的初值为TH1=0x15,TL1=0x9F 。
(2)在CPU 停止发送脉冲群后，由于电阻尼，换能器不能立即停止发送超声波，在一段时间内仍然会发送，故这段时间内不可立即开启INT0接收回波，要等待一段后以避免发送端的部分直射波未经被测物就直接绕射到接收端，这段被称为“虚假反射波”。从发射开始一直到“虚假反射波”结束这段时间，不开放INT0中断申请，可有效躲避干扰，但也会造成测试的“盲区”。本次设为1 ms ，假定温度为20℃，则测量盲区为S=1×310-×344／2≈17．2 cm 。
(3)最大测试距离将取决于：两次脉冲群发送之间的最小时间间隔和脉冲的能量。一般来说，发射端脉冲个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。如果要测试的最大距离是10m ，则两次脉冲群之间的最小时间为T=2×S/C=2×10／344≈60ms 。
5 系统调试情况及其排故
5.1 硬件调试
在整个系统的设计当中，首先就是要进行硬件设计，硬件设计以及焊接完成后，就是硬件调试部分。总体来说，超声波测距系统的制作和调试都较为简单，其中超声波发射和接收选用的是Ф16的超声波传感器T/R40-16（T发射/R接收），中心频率为40kHz，在焊接时应保持两传感器的中心轴线平行并相距4～8cm，其余元器件无特别要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。下面就来说明一下本系统的硬件调试部分。
首先，将焊接完成的硬件与设计的硬件电路图重新对照一下，检查是否有多焊、漏焊以及错焊等情况。在此项检查过程中，先从超声波的发射电路开始，刚检查就发现了很严重的错焊现象，焊接六反相器的管脚时误将导线丝与电路板相连，发现错误后及时修正，重新焊接后接着再继续检查，又发现在超声波接收电路中的超声波接收传感器R的管脚与集成片CX20106A接错了，重新焊接后并没有发现太大的焊接错误了。
接着，用万用表检测硬件电路是否有断接、短接等情况，同时重点检查一下高、低电平的连接有没有错误。在此项检查中，由于14脚的IC底座的各管脚之间距离很近，当电阻或导线同时连接一点时，导致发射和接收电路中有的导线可能没有焊接上，一一改正后继续检测。在检测中又发现超声波接收电路中的超声波接收传感器的正极端接地了，改正后继续检测，没有发现其它的错误了。
最后，用USB提供5V电压将整个电路通电后检查现象，在用万用表测量各个管脚的电压时，发现没有高电平，各个管脚与地线之间都没有电压，经过检测，后来发现是所用的排线接高电平的那根线与接头接触不好，经过重新焊好排线后，再测量管脚与地线之间有电压了。继续检测，再次通电后，用万用表测量超声波接收电路时，发现有的电容和电阻两端的电压很小，当把CX20106A芯片与IC座重新插一下后，再测量电压变大了，分析可能是IC座焊的不太牢固，芯片与其接触也不太好。重新焊好插好芯片再测量就没有发现其他的错误了。
经过上面的硬件调试后，硬件基本检测完毕，等待软件程序的编程与调试后进行软、硬件联合调试。
5.2 软件调试
软件程序是在KEIL单片机仿真系统中完成的，软件程序的主程序以及各部分子程序都编完后，进行软件编译，编译不通过，提示说在发生脉冲程序中的_nop_()没
有定义，原来是头文件中没有定义，加上#include
所以本程序在设计中并没有太大的逻辑上的错误，只是有一些语法上的错误，比如重复定义等，经过调试﹑修改后，没有了语法上的错误，软件调试结束。
5.3 软、硬件联合调试
在硬件、软件部分都分别进行调试后，接下来就是在整个系统设计中非常重要的部分——软、硬件联合调试部分。下面就来谈谈在软、硬件联合调试中所遇到的问题与其解决的方法。
首先，将已经编译成功的软件程序下载到单片机AT89C52中，把片子放到最小系统板上去，同时将系统板与电脑连接提供电源，观测现象。电源接通后，发现LED 数码管显示全亮，并且蜂鸣器一直响。把电源断开以便检查电路，又重复了一次硬件调试的过程，即又检测了一下系统中有没有落焊、错焊、短接以及断接等问题，再次检查后并无发现此类问题。然后再试着调试显示程序中给共阳数码管赋值的值，改变后把程序再下载到单片机上，数码管显示数值了，现在可以证明显示部分的焊接没有错误了。
接着，测试超声波发射电路是否有40kHz的超声波脉冲信号，当用实验室的示波器观看波形时，把地线接到板子上的接地端，观看P1.0口的波形。一开始什么波形也没有，调试示波器上的频率，因为40kHz的脉冲信号周期很小，不容易观察，所以会有很多干扰，慢慢调整示波器上的频率后有脉冲了，但是干扰很大，波形也不正确。再次断开电源调试程序，这回发生超声波程序中不使用delay()函数延时，而用8个_nop_()语句，然后脉冲电平翻转一次，高低电平近似13us,得到一个40kHz的脉冲信号，为了避免在传播过程中超声波信号会有丢失，所以一次连续发射8个40kHz 的脉冲信号，调试完程序后再编译，没有错误。把编译后的程序下载到单片机上，通电后再次观看P1.0输出波形，重复调试示波器的频率和赋值，最后能看到连续8个40kHz的脉冲串了，8个脉冲串的时间是0.2ms。再看超声波发射器T它两端的波形是否和P1.0口输出的波形是否一致，把夹子夹到超声波发射器T的正极，观看波形，也能看到连续8个40kHz的脉冲串，但是波形不是很规整。这是由于经过六反相器74LS04功率放大后的结果，由此可以证明超声波发生电路是正确的，超声波发生子程序也是正确的。
然后，测试超声波接收电路是否能接收到回波。检测的方法是在程序中的接收到回波成功标致后加上一个语句，让发光二极管亮。如果有回波，发光二极管亮，反之，如果没有回波，发光二极管不点亮。当把程序下载后，发光二极管没有点亮，则说明没有超声波接收器R没有接收到回波。经反复思考以及检查，应该是超声波传感器没有工作的缘故，因为没有找到可以检测超声波传感器好坏的方法，所以就把超声波接收器R拆了下来，与其他同学在毕设中也应用到超声波传感器的同学借用了一下，经调试发现确实是超声波传感器的问题，接着替换了原有的超声波传感器后继续调试，这时发现数码管显示有反应了。拿了一本书用来当被测物体，但是当把书远离时，虽然数码管显示的数值有变化，但是与估算的距离差距很大。第一位即千位的数码管的值总变化，而第四位即个位的数码管的值总为零，后来想是不是连显示的位选线与单片机的P2口没有对应上，重新交换位选端口后，数码管显示的值和所估算的值很接近了。
最后，显示的数值动态扫描时间太长了，我把程序中的延时时间调的小些，下载到单片机后，数码管显示距离清晰可见，移动平面物体距离，数码管也跟着变化。经实验发现，系统可以实现测距的功能。
本系统经过反复测试，系统对测量范围0.5～10米内的平面物体做了多次测试，测距系统的最大误差不超过1cm，重复一致性很好。
//晶振:11.0592 //TRIG:P1.2 ECH0:P1.1 //波特率：9600 #include
{ j=10; while(--j); } } } void zd0() interrupt 1 //T0中断用来计数器溢出，超出测距范围{ flag=1; //中断溢出标志 } void StartModule() //T1中断用来扫描数码管和计800ms启动模块{ TX=1; //800MS启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; } void main(void) { TMOD=0x21; //设T0为方式1,GATE=1; SCON=0x50; TH1=0xFD; TL1=0xFD; TH0=0; TL0=0;
一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务：以单片机为核心，设计并制作一超声波测距系统基本要求： 利用时间差测距，不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率：450kHz 测距范围：0.5~10米 测试精度： 10% 发挥部分尽量增大测控范围，提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的450kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电
容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波，由输出口进行输出，并开始计时。第三等待中断，若超声波被接收探头捕捉到，那么通过中断可测得
第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 1.1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.1.2设计的意义 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路 1.2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
测控技术与仪器专业课程设计报告 班级姓名学号起始时间 课程设计题目： 测控技术与仪器专业课程设计报告 摘 要：本文介绍了一种基于单片机的超声波测距仪的设计。详细给出了超声波测距仪的工作原理、超 声波发射电路和接受电路、测温电路、显示电路等硬件设计，以及相应的软件设计。设计中采用升压电路，提高了超声换能器的输出能力；采用红外接收芯片，减少了电路间相互干扰，提高了灵敏度;同时，考虑了环境温度对超声波测距的影响，采用温度传感器，提高了测量精度。该设计试验运行良好，系统结构简单、操作方便、价格低廉，具有广阔的推广前景。 关键字：超声波测距仪；超声波换能器；单片机；温度传感器 1 对题目的认识和理解 目前，常用的测距方法主要有毫米波测距、激光测距和超声波测距三种。超声波测距较前两种测距方法而言，具有指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小等特点，广泛应用于如井深、液位、管道长度、倒车等短距离测量。 超声波测距适用于高精度中长距离测量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45m/s ，由单片机负责计时，单片机使用12.0M 晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。 目前比较普遍的测距的原理是：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等。 本设计选用频率为40kHZ 左右的超声波，它在空气中传播的效率最佳。由于超声波测距主要受温度影响较大，所以本设计增加了温度补偿电路。本设计具有电路简单、操作简便工作稳定可靠、测距精确和能耗小、成本低等特点，可实现无接触式测量，应用广泛。 1.1 超声波测距原理 超声波测距是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到回波就立即停止计时。根据计时器测出发射和接收回波的时间差t ，可以计算出发射点距障碍物的距离s ：2 = t c s ，其中t c 为超声波在空气中的传 播速度，它随温度的变化而变化，其变化关系如下：331.50.6=+t c T 式中T 为环境摄氏温度，可由温 度传感器获取。
基于单片机的超声波测距电子烧友会基于51单片机的超声波测距仪 之倒车雷达作品设计毕业论文 摘要: 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，他广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及STC公司的STC89C52的单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。 关键词：单片机；液晶显示；报警；测距 I
Ultrasonic distance measurement based on single chip Abstract:Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites. This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use. Keywords:microcontroller; LCD display; alarm; ranging
微机原理与单片机系统课程设计 业：专轨道交通信号与控制 级：班1305 交控
姓名：贺云鹏 学号： 201310104 指导教师：建国 交通大学自动化与电气工程学院 30 日 12 2015 年月 超声波测距仪设计设计说明1 设计目的1.1 测量声波在发超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍射后遇到障碍物反射回来的时间，物的实际距离。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。 超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响，广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。 1.2 设计方法 本课题包括数据测距模块、显示模块。测距模块包括一个HC-SR04超声波测距模块和一片AT89C51单片机，该设计选用HC-SR04超声波测距模块，通过单片机对超声波进行计时并根据超AT89C51发射和接受超声波，使用HC-SR04．声波在空气中速度为340米每秒的特性计算出距离。显示模块包括一个4位共阳极LED数码管和AT89C51单片机，由AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。 1.3 设计要求 采用单片机为核心部件，选用超声波模组，实现对距离的测量，测量距离能够通过显示输出(LED，LCD)。 2 设计方案及原理 2.1超声波测距模块设计
基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
For personal use only in study and research; not for commercial use 第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 For personal use only in study and research; not for commercial use 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 For personal use only in study and research; not for commercial use 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路
基于单片机的超声波测距系统实验报告
一、实验目的 1.了解超声波测距原理； 2.根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路； 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离； 4.以数字的形式显示所测量的距离； 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系 统框图； 2.决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证； 4.对单元模块进行整合，整体调试； 5.完成原理图设计和硬件制作； 6.编写程序和整体调试电路； 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理，单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 （一）超声波模块原理： 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
基于单片机的超声波测距仪的设计与实现
中文摘要 本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。单片机控制超声波的发射。然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。 关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警
Design and Realization of ultrasonic range finder based ABSTRACT The design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm. Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm
毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号： 所在学院： 专业：通信工程 设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪 指导教师： 2014年2月25日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、课题研究背景、目的和意义 传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。 超声波测距是一种典型的非接触测量方式。超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性、反射、折射、干涉、衍射、散射与物理紧密联系，应用灵活。它是一种指向性强，能量消耗慢的波。它在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，可解决超长度的测量。二、超声波测距仪的整体设计思路 超声波测距一般采用渡越时间法。超声波测距的实质是时间的测量，即：用超声脉冲激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过精确测量从发射超声波至接收回波所经历的射程时间t（渡越时间），按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离S，即 S=12ct 其中，c 为空气介质中声波的传播速度。在常温下，超声波的传播速度为340 m/s，
基于51单片机的超声波测距系统 贾源 完成日期：2011年2月22日
目录 一、设计任务和性能指标 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2性能指标 (3) 二、超声波测距原理概述 (4) 2.1超声波传感器 (5) 2.1.1超声波发生器 (5) 2.1.2压电式超声波发生器原理 (5) 2.1.3单片机超声波测距系统构成 (5) 三、设计方案 (6) 3.1AT89C2051单片机 (7) 3.2超声波测距系统构成 (8) 3.2.1超声波测距单片机系统 (9) 图3-1：超声波测距单片机系统 (9) 3.2.2超声波发射、接收电路 (9) 图3-1：超声波测距发送接收单元 (10) 3.2.3显示电路 (10) 四.系统软件设计 (11) 4.1主程序设计 (11) 4.2超声波测距子程序 (12) 4.3超声波测距程序流程图 (13) 4.4超声波测距程子序流程图 (14) 五.调试及性能分析 (14) 5.1调试步骤 (14) 5.2性能分析 (15) 六.心得体会 (15) 参考文献 (16) 附录一超声波测系统原理图 (18) 附录二超声波测系统原理图安装图 (19) 附录三超声波测系统原理图PCB图 (20) 附录四超声波测系统原理图C语言原程序 (21) 参考文献 (26)
一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器，用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。 要求用Protel 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。 测距范围：25CM到 250CM之间。误差：1%。
大学 无线通信课程设计报告基于单片机的超声波测距系统 专业：通信工程 学号：20085428 姓名：超越
基于单片机的超声波测距系统 1．设计原理概述 文章是对基于单片机的超声波测距系统的研究，首先要知道超声波测距的原理，它声波的一种，声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。 超声波的特性： （1）超声波在介质传播过程中，会发生衰减和散射。由于受介质和杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。 （2）超声波声束能集中在特定的方向上，具有良好的指向性。超声波可以在固体、液体和气体中以不同的速度进行传播，其速度受介质温度、压力等因素的影响，但在相同外部环境下，超声波在同一介质中的传播速度是一常数。 （3）超声波在异种介质的界面上会产生发射、叠加等现象。 实用的超声测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距
离的测量时应用低频率的传感器。 声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标，而返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的，即： 上式中， L为待测距离，V(m/s) 为超声波在空气中的速度，T（s）为往返时间。由于超声波在空气中的传播速度与温度 T(℃)有如下关系： 温度每变化1℃，超声波速度变化0.6m/s。所以通过测温电路测量出当前温度，就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化比较大，因此产生的测量误差也比较大，所以若是在环境温度变化较大的环境下进行测量，考虑声速补偿的问题。 文章采用基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波经反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。 以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间，读取时间差，计算时间差，计算距离，结果输出给LED显示。 单片机计时准确，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单，成本低。
超声波测距在机器人避障中的应用毕业论文 目录 绪论 (1) 1课题设计目的及意义 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计的意义 (1) 2超声波测距仪的设计思路 (1) 2.1超声波测距原理 (1) 3课题设计的任务和要求 (2) 第一章超声波测距系统硬件设计 (2) 1 系统设计 (2) 2 51系列单片机的功能特点 (3) 3系统硬件结构的设计 (3) 3.1 单片机显示电路原理 (4) 3.2 超声波发射电路 (4) 3.3 超声波检测接收电路 (4) 3.4超声波测距系统的总电路 (5) 第二章超声波测距系统的软件设计 (5) 1 超声波测距仪的算法设计 (5) 2主程序流程图 (6) 3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (7) 4 系统的软硬件的调试 (7) 第三章超声波测距系统在智能机器人中的应用 (7) 1 避障系统设计思想 (8) 2 硬件设计 (8) 3 软件设计 (9) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
绪论 1课题设计目的及意义 1.1设计的目的 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.2设计的意义 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 2超声波测距仪的设计思路 2.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表
#include
1 绪论 1.1 超声波技术的广泛应用 超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。 材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。 超声波方法在某些方面具有突出的优点： （1）超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)； （2）对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；
毕业设计（论文） 设计（论文）题目：基于单片机的超声波测距 仪的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED
显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，
文献综述 题目超声波测距技术综述学生姓名 专业班级 学号 院（系）电气信息工程学院指导教师 完成时间2014 年06月01日
超声波测距技术综述 摘要 我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。 关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量
1 引言 1.1 超声波简介 一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。 超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、