基于51单片机的超声波测距模块设计
- 格式：doc
- 大小：737.50 KB
- 文档页数：50
Q260046902 专业做论文西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：基于51单片机的超声波测距模块设计年级：2003级■本科□专科学生学号：20035095学生姓名：时余春指导教师：何宏森胡天链学生单位：信息工程学院技术职称：讲师学生专业：生物医学工程教师单位：信息工程学院西南科技大学教务处制西南科技大学本科生毕业论文I 基于51单片机的超声波测距模块设计摘要：本文介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声波测距模块。
该模块以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。
论文概述了超声检测的发展及基本原理，介绍超声波传感器的原理及特性。
对于测距系统的一些主要参数进行了讨论。
并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。
针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。
进一步介绍了单片机AT89C51在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。
最后利用测距系统进行验证。
实验表明，各主要波形及技术指标均达到设计要求。
该系统对室内有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善。
关键词：51单片机；超声波；测距西南科技大学本科生毕业论文IIDesign of Ultrasonic Distance MeasurementBased on AT89C51 MCUAbstract: The thesis introduces a kind of single-pulse-refection ultrasonic distance meter system module in detail based on Microcontroller. The system could measure certain distance with the reflected wave on condition in which the speed of transmitting wave is fixed. This paper summarizes the development and foundational principle of ultrasonic detections. Then it presents the theory and characters of ultrasonic sensor. At the same time, it discusses a number of main technical parameters. Moreover, it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter. And then the transmission receiver, detection, display scheme of this distance meter system is demonstrated. Specially, after the application of AT89C51 microcontroller, it analyzes the hardware and soft ware realization of each part in this system. At last the result and error analysis of the experiments is presented. It is proved by experiments that the design of the system is provided with high accuracy and reliability. In the end, the further measures of modification are presented.Keywords: AT89C51 MCU, ultrasonic, distance measurer西南科技大学本科生毕业论文III目录第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1 机器人感知系统研究现况 (1)1.1.2 传感器技术概况 (1)1.2课题目的及意义 (2)1.3课题设计研究范围及成果 (2)第2章超声波传感器模块测距方案分析 (3)2.1超声波与超声波的应用 (3)2.2超声波传感器 (4)2.2.1 超声波传感器的原理及结构 (4)2.2.2 超声波传感器的分类 (6)2.2.3 超声波发射器 (7)2.2.4 超声波接收器 (8)2.3系统主要参数考虑 (10)2.3.1 传感器的指向角θ (10)2.3.2 声速 (10)2.3.3 测量盲区 (10)2.4超声波传感器模块设计原理 (11)2.5典型的超声波传感器测距模块 (11)第3章超声波传感器测距模块的硬件设计 (13)3.1超声波传感器测距模块的总体 (13)3.2超声波传感器测距模块的设计难点及解决方法 (14)3.2.1 提高测距精度的依据 (15)3.2.2 系统设计干扰问题及其解决方法 (15)3.3硬件电路设计说明 (15)3.3.1 发射部分 (16)西南科技大学本科生毕业论文IV3.3.2 接收部分 (16)3.3.3 测温部分 (16)3.3.4 超声波测距模块 (16)3.4主要器件选择及其简介 (16)3.4.1 LM358运放简介 (16)3.4.2 温度传感器DS18B20 (17)3.4.3 AT89C51单片机简介 (19)3.5硬件电路的具体设计 (20)3.5.1 电源的设计 (20)3.5.2 超声波发生电路 (21)3.5.3 超声波回波接收检测 (22)3.5.4 温度补偿电路 (23)3.5.5 LED动态扫描显示电路 (23)3.6系统抗干扰措施 (24)第4章系统软件结构设计 (26)4.1主程序结构 (26)4.2中断程序 (27)4.3回波接收程序 (29)第5章系统实验结果分析 (30)结论与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录1：超声波测距模块设计原理图 (35)附录2：超声波测距模块设计PCB图 (36)附录3：超声波测距模块设计PCB3D效果图 (37)附录4：DS18B20温度采集补偿程序 (38)西南科技大学本科生毕业论文第1章绪论1.1 课题背景本设计依托电子技术、嵌入式处理计算技术、机器人技术、传感器技术，并根据当前科学技术发展潮流，引出对用于机器人中的超声波传感器测距模块的研究与设计。
1.1.1 机器人感知系统研究现况近年来，机器人的研究与发展倍受世人关注。
机器人系统广泛融合了机器人学、机电一体化、通讯与计算机技术、图像处理、传感器数据融合、决策与对策、模糊神经网络与智能控制等诸多学科内容，是研究多智能系统理论的良好实验平台。
从某种程度上说，机器人技术是反映国家高科技综合实力的一场―技术战争‖。
在简单的自主行走机器人系统中, 机器人要实现在未知和不确定环境下行走, 必需实时采集环境信息, 以实现避障和导航。
这些任务必须依靠能实时感知环境信息的传感器系统来完成。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到应用。
其中超声波传感器以其信息处理简单、速度快、性价比高和硬件实现方便等优势, 被广泛地应用到行走机器人感知系统中[1]。
1.1.2 传感器技术概况人类为了从外界环境中获取有用信息，必须借助于自身的感觉器官。
但是，人的感觉器官并不是万能的。
与其它动物一样，为了把生命维持下去，人类只是有选择地捕捉一些重要信息。
为了进一步研究自然现象、制造劳动工具，改善生存环境，只靠这些感觉器官就显得很不够用了。
于是，作为一种替代和延伸工具，采用了能代替或者补充感觉器官功能的各种传感器，传感器是人类五官的延长，所以也被称作―电五官‖。
现代计算机的产生和发展，给人类文明带来了巨大的影响。
特别是大规模和超大规模集成电路出现之后，计算机的核心部件有了惊人的发展，同时也要求外部设备与之相配合。
计算机输入的外部硬件主要就是传感器，传感器的发展将使计算机的功能得到充分的利用，同时也将促进计算机的进一步发展，传感器发展不足会极大地限制计算机功能的发挥，就如同一个人具有发达的大脑而欠灵活的五官一样。
有人说，计1西南科技大学本科生毕业论文算机与传感器的协调发展，才能决定技术的将来，这句话是有一定道理的[2]。
1.2 课题目的及意义学习使用单片机的控制功能和用超声波传感器实现测量距离，并且掌握使用Protel99进行电路设计和制图的方法步骤，能将设计出的电路原理图下载到PCB板进行仿真。
理解超声波传感器的超声波发生机制及发射、接受，放大装置和以单片机AT89C51为中心控制单元，实现超声波发射及其遇到障碍物发生反射形成回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，以完成设计目标，熟悉51单片机软件编程及调试环境KeilC51软件。
通过对本课题的研究学习，还将会有以下作用：1、理解超声波技术、机器人技术的一些基本规律和必要的基本概念。
2、了解超声技术与其他学科的关系与应用，扩大知识面。
3、了解当前科技发展前沿方向，做到个人在时代发展中良好测距。
4、培养抽象思维能力，分析问题和解决问题的能力。
5、掌握做人处事的方法技巧，成为真正的应用性、综合性人才。
1.3 课题设计研究范围及成果本课题研究的超声波传感器模块测距技术是一种非接触式的测量物体间距离的方法，它是基于无目视能力的生物( 如蝙蝠等) 防御及捕捉猎物生存的原理, 利用超声波在空气等媒质中传播, 通过遇到障碍物反射回来的时间间隔长短及被反射超声波的强弱判断障碍物性质和位置的方法，它在现在机器人中有着举足轻重的作用。
本课题完成设计了一种以AT89C51 单片机为核心的低成本、高精度、小型化数字显示超声波传感器测距模块，其硬件电路和软件程序设计思路清晰，方案简单可行。
2西南科技大学本科生毕业论文第2章超声波传感器模块测距方案分析2.1 超声波与超声波的应用声学作为物理学的一个分支，它是研究声波的发生、传播、接收、效应的一门科学，声学全部频率为104-Hz～1014Hz , 通常把频率为2 ×104Hz～109Hz 的声波称为超声波。
表2-1是各种频段的声波及其特点。
人们习惯上常以工程应用为目的, 而不是以听觉为目的, 把某些可听声的应用亦列入超声技术的研究范围。
因此, 在实际应用中, 有些超声技术使用的频率可能在16kHz 以下, 而超声波频率的上限是109Hz , 整个频率范围相当宽, 占据声学全部频率范围的1/2 以上。
