基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业论文

目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外研究动态 (3)1.3 论文主要内容 (4)第2章系统的总体设计 (5)2.1 设计方案 (5)2.2 系统的硬件选型 (5)2.2.1 单片机选型 (5)2.2.2 超声波传感器选型 (6)2.2.3 超声波接收芯片选型 (7)2.2.4 显示器选型 (7)第3章系统的硬件设计 (8)3.1 基本系统构成 (8)3.1.1 系统电源电路 (9)3.1.2 超声波发射电路 (9)3.1.3 超声波接收电路 (10)3.1.4 晶振电路 (11)3.1.5 复位电路 (11)3.1.6 显示电路 (12)3.1.7 报警电路 (13)3.2 电路原理图 (13)3.3 PCB图 (14)第4章系统的软件设计 (15)4.1 软件keil的简介 (15)4.2 主程序流程 (15)4.3 超声波收发模块程序设计 (16)4.3.1 超声波收发中断子程序 (17)4.3.2 距离测算子程序 (19)4.4 显示模块程序设计 (19)4.4.1 初始化程序 (21)4.4.2 显示程序 (21)4.4.3 延时程序 (22)4.5 现场实测距离显示 (23)第5章结论 (24)5.1 总结 (24)5.2 系统实物图形 (25)5.3 展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)摘要本文阐述了基于51单片机的超声波测距仪的设计过程和运行结果。

AT89C51单片机控制定时器产生方波脉冲，同时计时器T1开始计时。

发出的超声波在空气中传播，而后遇到障碍物体的表面时超声波折返，超声波接收模块接收返回的超声波信号并且把超声波信号转化为电信号。

计时器记录超声波往返所用的时间，从而由51单片机计算得到实测距离。

再使用四位数码管显示距离。

硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、四位数码管显示电路、电铃报警电路、12MHz晶振电路等组成。

超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
如此广泛的应用使得提高人们对机器人的了解显得尤为重要。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉,测量精度较高,不受环境的限制,应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。
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返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，如图2-1所示。超声波在空气中的传播速度为v，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：
（2-1）
图2-1超声波测距原理图
这就是所谓的时间差测距法[7]，由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。

毕业设计（论文）题目：基于单片机的超声波测距仪摘要在空气介质中超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。

由于超声波传播不易受干扰，能量消耗缓慢，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，如测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。

为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。

本设计介绍了基于单片机控制的超声测距的原理：由STC89C52控制定时器产生一定频率脉冲，计算从发射到接收回波时间，从而得到实测距离，数据处理采用，显示距离，语音播报。

关键词：超声波，距离测量，语音播报，单片机ABSTRACTIn the air medium, ultrasonic range finder sensor because of its good performance, low price, convenient use, in the field of robot positioning system, automatic vehicle navigation, vehicle safety driving assist system, city traffic management and management of expressway monitoring system, as well as river, well and warehouse and material level detection used in. Because the ultrasonic wave propagation is not susceptible to interference, energy consumption slow, medium of communication in the longer distance, which are often used for ultrasonic distance measurement, such as the location and level measurement can be achieved by ultrasound. Therefore, in-depth study of ultrasonic generation and propagation, the development of high performance ultrasonic transducer and its transceiver circuit, the ultrasonic detection technology development has very important real sense. This article introduces the design of control based on single chip ultrasonic ranging principle: control by STC89C52 timer produces a certain frequency pulse, calculated from transmitting to receiving echo time, so as to obtain the measured distance, data processing using the temperature compensation, four digital tube display distance, voice broadcast.KEYWORDS: ultrasonic, range measurement, voice broadcast, singlechip目录第1章绪论 ...................................................................................................................................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 国内外研究动态...................................................................................................1.3 本课题研究的主要内容....................................................................................... 第2章总体方案 ..........................................................................................................................2.1 方案选择................................................................................................................2.2 超声波测距仪的设计思路 ..................................................................................2.2.1 超声波测距原理 .................................................................................................2.2.2 超声波测距原理框图........................................................................................2.3 使用元件选择 ....................................................................................................... 第3章系统的硬件结构设计....................................................................................................3.1 STC89C52单片机的功能及特点........................................................................3.2 单片机最小系统...................................................................................................3.3 语音播报................................................................................................................3.4 显示单元................................................................................................................ 第4章系统的软件设计.............................................................................................................4.1 主程序流程图 .......................................................................................................4.2 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 .....................................................第5章超声波测距接收.............................................................................................................5.1 HC-SR04模块.......................................................................................................5.2 T40、R40超声波传感器简介.............................................................................5.2.1 超声波传感器的基本介绍...............................................................................5.2.2 超声波传感器的主要应用...............................................................................5.2.3 超声波传感器的工作原理...............................................................................5.3 超声波发射电路...................................................................................................5.4 超声波接收电路...................................................................................................5.5 超声波接收过程...................................................................................................5.6 接收数据处理 ....................................................................................................... 第6章总结...................................................................................................................................... 致谢............................................................................................................................................... 参考文献 .......................................................................................................................................... 附录1原理图................................................................................................................................. 附录2主要源程序........................................................................................................................ 诚信声明第1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，超声波在测距中的应用越来越广。

基于单片机的超声波测距仪的设计[摘要]设计了以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。

硬件系统是由单片机、显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路等几部分组成。

软件系统主要由主程序、超声波发生子程序、超声波检测接收子程序、中断信号综合处理程序及显示子程序等几部分组成。

可实现10cm-600cm距离的精确测量。

论文进行了系统的总体方案、硬件系统和软件系统的详细叙述。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实验证明，系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。

[关键词]：AT89c51 超声波测距第一章绪论1.1系统设计设计一个基于单片机AT89C51的超声波测距系统，测量时被测物体与测距仪没有直接接触，测量范围4米以内，显示电路能够及时、稳定显示被测结果。

要求结构简单、控制方便，抗干扰能力强。

设计方案通过Keil uVision3软件开发平台对已设计好的超声波测距仪程序文件进行编译、调试，最后在Proteus7.4仿真工具中进行软件仿真。

对设计调试过程中的数据进行统计，并进行数据与误差的分析，确定优化方案，从而达到在学习与实践中不断进步的目的。

1.2系统设计目的及意义]1[1.2.1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。

Key Words:Ultrasonic wave;One-chip computer; Rangefinding; AT89C51
目 录
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13超声波测距系统的软件设计单片机编程产生超声波在系统发射超声波的同时利用定时器的计数功能开始计时接收到回波后接收电路输出端产生的负跳变在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号响应外部中断请求执行外部中断服务子程序停止计时读取时间差计算距离然后通过软件译码将数据输出p0p1和p2口显示
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，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
在下一节里，我们将详细介绍超声波测距仪的各部分电路的设计思路及方法。
1.2
1.2.1
由单片机AT89C51编程产生40kHz的方波，由P3.6口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。
图1-7 八段LED数码显示管原理和结构
单片机对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。

《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，高精度测距技术被广泛应用于各个领域，如机器人导航、环境监测、智能家居等。

本文将介绍一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。

该系统采用先进的超声波测距原理，结合STM32单片机的强大处理能力，实现了高精度、快速响应的测距功能。

二、系统概述本系统主要由超声波发射模块、接收模块、STM32单片机以及相关电路组成。

通过STM32单片机控制超声波发射模块发射超声波，然后接收模块接收反射回来的超声波信号，根据超声波的传播时间和速度计算距离。

系统具有高精度、抗干扰能力强、测量范围广等特点。

三、硬件设计1. STM32单片机本系统采用STM32系列单片机作为主控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。

通过编程控制单片机的GPIO 口，实现超声波发射和接收的控制。

2. 超声波发射模块超声波发射模块采用40kHz的超声波传感器，具有体积小、功耗低、测距范围广等优点。

通过单片机控制发射模块的触发引脚，产生触发信号，使传感器发射超声波。

3. 超声波接收模块超声波接收模块同样采用40kHz的超声波传感器。

当传感器接收到反射回来的超声波信号时，会产生一个回响信号，该信号被接收模块的回响引脚捕获并传递给单片机。

4. 相关电路相关电路包括电源电路、滤波电路、电平转换电路等。

电源电路为系统提供稳定的电源；滤波电路用于去除干扰信号；电平转换电路用于匹配单片机与传感器之间的电平标准。

四、软件设计1. 主程序设计主程序采用C语言编写，通过STM32单片机的标准库函数实现各功能模块的初始化、参数设置以及控制逻辑。

主程序首先进行系统初始化，然后进入循环等待状态，等待触发信号的到来。

当接收到触发信号时，开始测距流程。

2. 测距流程设计测距流程主要包括发射超声波、等待回响信号、计算距离等步骤。

当接收到触发信号时，单片机控制超声波发射模块发射超声波；然后等待接收模块的回响信号。

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 basedABSTRACTThe 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 refreshAT89C52 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目录第一章前言 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.1.1超声波特性 (1)1.1.2超声波测距 (2)1.2 超声波模块基本介绍 (3)1.2.1 超声波的电器特性 (3)1.2.2 超声波的工作原理 (5)1．3主要研究内容和关键问题 (6)第二章方案总体设计 (7)2.1 超声波测距仪功能 (7)2.2设计要求 (8)2.3系统基本方案 (9)2.3.1方案比较 (9)2.3.2方案汇总 (11)第三章系统硬件设计 (13)3.1 单片机最小系统 (13)3.2 超声波测距模块 (13)3.3 显示模块 (15)3.4温度补偿电路 (15)3.5 蜂鸣报警电路 (16)第四章系统软件设计 (17)4.1 A T89C52程序流程图 (17)4.2 计算距离程序流程图 (19)4.3 报警电路程序流程图 (19)4.4 超声波回波接收程序流程图 (20)第五章系统的调试与测试 (21)5.1 安装 (21)5.2 系统的调试 (21)第六章总结 (23)参考文献 (24)致谢.............................................................................................................................. 错误!未定义书签。

基于单片机的超声波测距系统毕业设计论文届．别．学号毕业设计基于单片机的超声波测距系统姓名系别、专业导师姓名、职称完成时间目录摘要 (3)1、绪论 (4)1.1项目研究背景及意义 (4)1.2国内外发展状况 (5)2、总体设计方案及论证 (8)2.1 总体方案设计 (8)3、硬件实现及单元电路设计 (8)3.1 电路总体设计 (8)3.2电源电路设计 (9)3.3超声波测试模块 (9)3.3.1 超声波的特性 (10)3.3.2超声波换能器 (12)3.4超声波传感器原理 (13)3.5测距分析 (17)3.6 STC89C52单片机简介 (18)3.7单片机最小系统 (18)3.8时钟电路的设计 (19)3.9复位电路的设计 (20)3.10声光报警电路的设计 (20)3.11数码管显示模块 (21)4、软件设计 (21)4.1 主程序工作流程图 (21)总结 (24)参考文献 (24)附件1: 原理图 (25)附件2：源程序 (25)附件3：实物图 (35)摘要超声波测距系统是以STC89C52为主控芯片，该系统是有单片机最小系统、超声波探头、数码管显示、蜂鸣器报警模块、按键模块和电源部分组成。

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

当距离小于设置距离时，蜂鸣器和指示灯发出声光报警，当距离大于设置距离，停止报警。

报警距离可以通过按键设置，按下设置键，显示“A”时，可以通过设置键的加减键设置报警距离。

关键词：超声波测距仪、STC89C52单片机1、绪论1.1项目研究背景及意义随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。

在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。

传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。

基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景和意义 (1)1.2 国外研究现状 (1)1.3 课题研究容和意义 (2)第二章超声波测距的原理 (5)2.1 超声波介绍 (5)2.2 超声波传感器的介绍 (5)2.2.1 传感器的选择 (6)2.2.2 超声波测距的原理 (7)2.2.3 温度补偿 (8)2.2.4 测量盲区 (9)2.3 本章小结 (10)第三章系统硬件设计 (10)3.1 系统硬件设计 (10)3.2 单片机概述 (11)3.2.1 STC89C51主要性能特点 (12)3.2.2 STC89C51结构组成 (13)3.2.3 STC89C51部组成 (14)3.3 超声波发射电路设计 (15)3.3.1 发射电路设计方案 (16)3.3.2 超声波发射器的注意事项 (17)3.4 超声波接收电路设计 (18)3.5 LCD显示部分 (19)3.6 报警部分 (21)3.7 DS18B20部分 (22)3.8 本章小结 (23)第四章系统软件设计 (23)4.1 系统软件设计 (23)4.2 外部中断子程序 (26)4.3 定时器中断子程序 (27)4.4 重要功能实现 (28)4.4.1 实现温度读取功能 (28)4.4.2 实现温度转换声速 (29)4.4.3 实现距离计算 (29)4.5 实验测量数据 (30)4.6 本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)谢辞 (33)附录一（实物图） (34)附录二（Proteus仿真图） (36)第一章绪论1.1 研究的背景和意义随着科技的发展，超声波已经可以对实物做出精确测量。

伴随着社会经济的蓬勃发展，电子测量技术也逐渐被应用到各个领域，而超声波测距技术因拥有测量精确度高、成本消耗低、性能稳定度高等优点则成为其中的佼佼者。

频率在20KHz以上的声波是超声波。

也正是因为这些特性超声波才会被应用到测量距离中。

本科毕业设计(论文) 题目基于单片机的超声波测距仪设计毕业设计（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。

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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。

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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。

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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。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

摘要超声波具有很强的指向性，消耗能量缓慢，距离传播较远等优点，所以，在利用自动化控制技术和传感器应用技术相结合的测距方案中，利用超声波专有特性测距是目前最普遍的一种方式，它被广泛地应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。

本论文详细的介绍了超声波传感器的原理及特性，并且介绍了Atmel公司的AT89C52单片机的性能与特点，且在分析了超声波测距原理的基础上，指出了本次方案的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C52单片机为核心，LCD显示电路，硬件制作和软件设计为一体的设计方案。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

关键字：超声波测距；单片机；测距；AT89C52；LED显示屏AbstractUltras onic wave has strong poin ti ng to n ature ,slowly en ergy con sumpti on ,propagat ing dista nce farther ,so, in utiliz ing the scheme of dista nce finding that sen sor tech no logy and automatic con trol tech no logy comb ine together ,ultras onic wave finds range to use the most gen eral one at prese nt ,it applies to guard aga inst theft , move backward the radar , water level measuri ng , buildi ng con structi on site and some in dustrial sce nes exte nsivel聞. 創沟燴鐺險爱氇谴净。

This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performa nce and characteristic of on e-chip computer AT89C52 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thi nking and questi ons n eeded to con sider that have poin ted out that desig ns and finds range .Given the AT89C52, LCD display circuit, the hardware and the software desig n productio n残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

1 超声波的传播速度 超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波：横波——质点振动方向垂直于 传播方向的波；纵波——质点振动方向与传播方向一致的波；表面波——质点振 动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固 体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下 的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。 超声波与气其他声波一样，其传播速度与介质密度和弹性特性有关。
目录
第一章 绪论
超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械 波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介 质吸收而发生衰减。它也有自已的特性，如它的频率可以非常高，达到兆赫级，因此，它在 介质中传播时能量可以集中在很小的范围内，具有良好的成束性，也就是方向性好。
器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优 点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
1.3 国内外相关研究情况 国内的超声波测[3]量主要集中在对 0~10 m 固体和液体的测量，一般测量精度 高，回波稳定[4]。近年来随着超声波技术研究的不断深入已广泛应用于各种工业 领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。此外在材料科 学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国内的一些学者也作了大量相 关的研究。 南昌航空工业学院的江泽涛[5]在《温度对液体中超声波速度的影响》一文中， 洋细地分析了温度对超声波在液体中传播速度的影响，导出了超声波速度同液体 压缩系数及密度的关系，研究了压缩系数及密度同温度的关系，进而研究了温度 对声速及声时的影响， 用实验测量了不同的液体成分下的声时同温度的关系。 Figneroa J．F．，Lamancusa J．S．[6]在《A method for accurate detection of time of arrival：AnalysiS and design of ultrasonic ranging system} 一文中，提出一种新的计时方法，该方法的原理是回波时延由峰值时延和相位时 延相加而得，分别用不同的检测方法得到峰值时延和相位时延，相加后即得回波 的传播时间。

青 岛 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 （论 文）题 目 __________________________________________________________________________年 ___月 ___日基于单片机的超声波测距系统设计 2013 6 21基于单片机的超声波测距系统设计摘要超声波是一种指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远的声波，很适合用于距离测量。

目前国内一般是用专用集成电路设计超声波测距仪，但是成本高，没有显示，操作使用不方便，拓展不灵活。

而基于单片机的超声波测距克服了上述缺点，所以应用非常广泛，这种设计要求非接触式测距。

本设计是以单片机技术为基础，实现对前方物体距离的测量。

该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个基本模块构成，用接收部分接收超声波。

本设计利用两个中断，在发射信号时，打开定时器中断0和外部中断0使定时器计时，接收到发射超声波信号时，外部中断0关闭中断，这时定时器中断0计录的时间就为超声波传播经过测距仪到前方物体的来回时间，经过单片机处理得到距离值S并且通过LCD1602显示出来。

本设计在室温条件下的精确度能达到3mm以内，但是要求被测量物体周围比较空旷而且空气温度要求是室温精确度才会达到以上精度。

关键词：单片机，超声波传感器，LCD1602The design of ultrasonic range finder basedon single chip microcomputerABSTRACTUltrasonic is a kind of strong directivity, energy consumption slow, in the medium distance transmission of sound waves, very suitable for distance measurementAt present domestic general is to use ultrasonic rangefinder application-specific integrated circuit design, but the cost is high, no display, operation is not convenient, not flexible. The ultrasonic ranging based on single chip microcomputer to overcome the above shortcomings, so the application is very broad, this non-contact ranging design requirements.This design is based on single chip microcomputer technology, realizes the measurement of the front object distance. The system design is mainly composed of main controller module, ultrasonic launch module, ultrasonic receiving module and display module and so on four basic modules, with a receiving part receiving ultrasound. This design uses two interrupts, when transmitting, open the timer interrupt 0 timer and external interrupt 0 timer, receives the side of launch ultrasonic wave signal, the external interrupt 0 closed interrupted, then the timer interrupt 0 meter to record the time for the ultrasonic propagation through the range finder to the object in front of the time back and forth. And the result is treated with single chip microcomputer distance values S and through LCD1602 display.This design at room temperature under the condition of precision can reach less than 3 mm, but the request was required measure around an object is open and the air temperature is above room temperature will reach the precision accuracy.KEY WORDS: single chip microcomputer; ultrasound sensor; LCD1602目录1 绪论 (5)1.1选题背景 (5)1.2研究意义 (5)2 超声波测距系统总体设计 (7)2．1超声波测距系统设计的目的和要求 (7)2．2 超声波测距系统的工作原理 (7)3 超声波测距系统硬件设计 (9)3.1 AT89S52单片机的概述 (9)3.2 LCD1602液晶显示器 (15)3.2.1 LCD1602模块的结构 (15)3.2.2 LCD1602与单片机的连接方式 (17)3.3 HC-SR04超声波测距模块 (18)3.4 系统设计 (20)4 超声波测距系统软件设计 (23)4．1 设计原理图及分析 (23)4．2 设计说明 (24)5 超声波测距模块测试 (27)6 结论 (28)1 绪论1.1选题背景由于超声波指向性强,能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因此它被广泛应用于距离的测试。

基于单片机的超声波测距系统设计毕业论文 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】基于51单片机的超声波测距系统设计学院：专业：姓名：指导老师：信息学院测控技术与仪器学号：职称：二○一二年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《基于51单片机的超声波测距系统设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：日期：年月日基于51单片机的超声波测距系统设计摘要本次系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。

硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路等。

本次设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。

整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、显示等模块组成。

发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,信号被接受电路接受,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。

软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。

它控制单片机进行数据发送与接收，实现数据正确显示在数码管上。

另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大，此外供电电源也会使测量差生很大的误差。

由于知识面有限，作品还有许多可以改进的地方，希望在日后的学习中能将作品完善的更好。

关键词:AT89C51;超声波;测距51 MCU-based Ultrasonic Ranging System DesignAbstractThe system's design includes two parts, namely the hardware circuit and software hardware circuit includes a microcontroller circuit, the transmitting circuit, the receiving circuit, display circuit and the power supply circuit. The design uses AT89C51 microcontroller as the core of low-cost, high-precision, miniaturization of digital hardware circuit of the ultrasonic range finder. The entire circuit is modular in design, by the signal transmitter and receiver, power supply, display modules. Transmitted probe signal is amplified and detector were launched out single-chip timer is started, the ultrasonic was launched after the original way back, a signal is accepted by a receiving circuit, then MCU receivesthe counter stop working and time. Software program from the main program, preset subroutine emission subroutine, receive subroutine, subroutines modules. It microcontroller to send and receive data, data display correctly in the digital control. In addition, program-controlled microcontroller to eliminate the impact of the probe for transmitting and receiving ultrasonic waves. With relevant parts of the hardware circuit diagram, process flow chart.Actual environment has a great influence on the ultrasonic waves, such as an external electromagnetic interference power interfering channel interference, etc., the temperature of the air is also a great influence on the speed of the ultrasonic addition, the power supply to the measured differential raw large errors. Due to the limited knowledge, works there are many areas for improvement, can work better in the future study.Keywords: AT89C51;Ultrasonic;Ranging目录1.绪论课题背景及重要意义近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。

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摘要在空气介质中，超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。

由于超声波传播不易受干扰，能量消耗缓慢，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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。

本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89C51控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离。

并且在数据处理中采用了温度补偿的调整，用四位LED数码管切换显示距离和温度。

整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。

各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。

在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图，给出了系统构成、电路原理及程序设计。

此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。

实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。

关键词：AT89C51；超声波；测距；电路AbstractThe features of the good performance,low cost，easy use are inearnated in the ultrasonic distance measurement sensor.The ultrasonic distance measurement sensor is usually used at thescene robot positioning system，automatic vehicle navigation，the safety of vehicles traveling support system，the uran traffic management and the rivers，oil wells，storages and materials.The ultrasonic wave transmssion is not easy todisturb，its energy consumption is slowly and it can be transmitted distantly in the medium，so it isfrequently used in ultrasonic distance measurement.For example，the range finder and the materiallevel finder can be aehieved by ultrasonic wave.Therefore，the in-depth study of the generationand transmission law of ultrasonic and the development of the development of ultrasonicdetection technology.The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C51 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time,count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature compensation adjustment is used in the data processing, with four LED nixie tubes display distance or temperature by switching.The entire this of the system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system , and distinctness of programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications.Keywords:AT89C51; Ultrasonic wave; Measure distance; circuit目录摘要...................................................... Abstract......................................................1 绪论........................................................1.1 课题研究的背景.........................................1.2 课题的提出及研究意义 ...................................1.2.1 课题的提出........................................1.2.2 课题的研究意义 ....................................2 超声波的介绍及超声波测距的原理 ..............................2.1 超声波的介绍...........................................2.1.1 什么是超声波......................................2.1.2超声波的特性及特点.................................2.1.3超声波的应用.......................................2.2 超声波测距的原理及误差分析 .............................2.2.1 超声波测距的原理 ..................................2.2.2 超声波测距误差分析 ................................2.3 单片机实现测距的原理 ...................................3 系统硬件设计................................................3.1 系统结构设计...........................................3.2 AT89C51单片机简介......................................3.2.1 AT89C51单片机的功能...............................3.2.2 AT89C51单片机主要特性.............................3.2.3 AT89C51管脚说明...................................3.3 DS18B20温度传感器简介..................................3.4 T40、R40超声波传感器简介...............................3.4.1 超声波传感器的基本介绍 ............................3.4.2 超声波传感器的主要应用 ............................3.4.3 超声波传感器的工作原理 ............................3.5 LM7805端稳压集成电路...................................3.5.1 LM7805介绍........................................3.5.2 LM7805的特点......................................3.5.3 LM7805的实际应用..................................3.6 LM567锁相环............................................3.6.1 LM567的概述.......................................3.6.2 LM567的功能叙述...................................3.6.3 LM567主要参数.....................................3.7 超声波发射器电路.......................................3.8 超声波检测接受电路.....................................3.9 显示电路...............................................3.10 LM7805电平转换电路....................................3.11 AT89C51复位电路.......................................4 系统软件设计................................................4.1 主程序流程.............................................4.2 子程序设计.............................................4.2.1超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 .............4.2.2测温子程序.........................................4.2.3距离计算子程序.....................................5 总结........................................................致谢......................................................参考文献......................................................附录A 国外相关文章............................................附录B中文翻译................................................附录C超声波测距电路原理图 ....................................附录D程序清单................................................1 绪论1.1 课题研究的背景利用超声波测量已知标准位置与目标物体表面之间距离的方法叫做超声波测距法。

随着计算机技术、自动化技术发展，测距与识别问题在工业中变得十分重要。例如，传统的如钢卷尺接触式测量仪器在测量一定距离时，这种仪器对高于3m的顶板安设困难，且测量不准确；对于横向变形量的测量，若安设于两侧之间，则妨碍人、车来往，如果不固定安设装，则测量精度很低，难以监测微小变形。在自动化装配、检测、分类、加工与运输等过程中，要对随意放置的工件进行作业，这就必须对工件的位置、形状、姿势、种类自动地进行判别，尤其在在工件运输过程中进行识别，则问题更为复杂与困难，因此人们急切需要各种非接触式的测距仪[7]。
关键词：超声波测距仪、STC89C52单片机
1、
1.1
随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，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[1]。
其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单.，可靠性高，具有断电存储功能，其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。
目前，计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基木情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用户的要求。[13]综上所述，我国超声波仪器的研制与生产，有较大发展，有的型号已超过国外同类仪器水平目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体力型。电声型主要有：1压电传感器；2磁致伸缩传感器；3静电传感器。流体动型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”[14]。电子测距仪要求测量范围在0.10～5.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，公式L=(△t/2)*C简单易算，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距器，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，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合[15]。利用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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。所以就顺其自然的选择用超声波探测仪来进行探测停车位是否有车了。