基于单片机与超声波测距技术的行车安全辅助系统计算机本科学位论文

目录1 绪论1.1 选题背景及目的············································································1.2 超声波介绍及其应用领域······························································1.3 本设计的主要研究内容 ·································································1.3.1 超声波测距的原理 ·····································································1.3.2 两种测距方案的选择 ··································································2 AT89C51单片机简介 ··································································2.1 单片机基础知识············································································2.1.1 单片机的基本工作原理 ·······························································2.2 单片机的分类及发展·····································································2.3 单片机AT89C51的特性 ·································································3 超声波传感器 ························································································3.1 超声波传感器的原理及特性 ·················································3.1.1 超声波传感器的原理 ··································································3.1.2 超声波传感器的特性 ··································································3.2 超声波传感器的检测方式······························································3.3 超声波传感器系统的构成······························································3.4 超声波传感器系统主要参数的确定················································3.4.1 测距仪的工作频率 ·····································································3.4.2 声速 ·······················································································3.4.3 发射脉冲宽度 ···········································································3.4.4 测量盲区 ·················································································4 超声波测距硬件电路设计 ···························································4.1 超声波测距系统电路总体设计方案 ········································4.2 超声波测距系统电路各部分模块的设计·········································4.2.1 超声波发射电路 ········································································4.2.2 超声波接收电路 ········································································4.2.3 温度补偿电路 ···········································································4.2.4 显示模块 ·················································································4.2.5 复位电路 ·················································································4.2.6 时钟电路 ·················································································4.2.7 最小系统电源 ···········································································5 系统的误差分析 ·······································································5.1 声速引起的误差 ································································5.2 单片机时间分辨率的影响 ····················································6 超声波测距系统软件设计 ···························································7 系统的分析 ·············································································7.1 超声波测距系统设计的结论与展望·······································7.2误差产生原因的系统改进方案··············································8 心得 ······················································································参考文献 ···················································································1 绪论1.1 选题背景及目的随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。

基于单片机的超声波测距系统设计前言随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。

本设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。

由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。

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。

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：s=vt/2 。

这就是所谓的时间差测距法。

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, 随着科学技术的快速发展，超声波将的应用将越来越广。

但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的超声波技术还十分有限，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。

超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用如汽车倒车雷达等，它们测距精度一般较低。

目前对超声波高精度测距系统的需求越来越大。

展望未来，超声波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。

未来的超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展，死角问题也能得以解决。

1 超声波测距的基本概述[1]、[2]、[3]人耳能听到的声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。

超声波是在一种弹性介质中的机械振荡，它有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。

在工业中应用主要采用纵向振荡。

超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度受很多因素的影响。

在空气中传播超声波，其频率较低、衰减较快。

超声波波长短，绕射现象小，其方向性好，而且穿透能力很强，且碰到杂质或分界面就会有显著的反射现象。

基于单片机控制的超声波测距系统设计超声波技术是一种非常常用的测距技术，利用超声波在空气中的传播速度和回声原理来实现物体距离的测量。

超声波测距系统是基于这一原理设计的一种系统，可以广泛应用于物体距离的检测和控制领域。

本文将介绍基于单片机控制的超声波测距系统的设计原理、硬件和软件结构，以及系统的性能评估和实际应用。

首先，设计一个基于单片机控制的超声波测距系统需要考虑到硬件的搭建。

该系统主要由超声波发射模块、超声波接收模块、控制单元和显示单元组成。

超声波发射模块用于发送超声波脉冲，超声波接收模块用于接收回波信号。

控制单元则是通过单片机实现对超声波发射和接收模块的控制，同时处理回波信号并计算物体距离。

最后，显示单元用于将测量到的距离值以数字或者图形的形式显示出来。

在硬件搭建的基础上，还需要设计适合的软件算法来实现距离的测量和显示。

首先需要编程单片机实现对超声波发射和接收模块的控制，包括超声波信号的发送和接收，以及回波信号的处理和距离的计算。

在距离的计算方面，需要考虑到超声波在空气中的传播速度，同时考虑到超声波发射和接收模块之间的时间差，从而计算出物体到超声波发射模块的距离。

除了硬件和软件的设计，还需要对系统的性能进行评估。

主要包括系统的精度、测量范围、响应时间和稳定性等方面的评估。

可以通过实验测量不同距离下系统的测量误差，以及系统在不同环境条件下的表现，从而评估系统的性能是否符合实际应用的需求。

在实际应用方面，基于单片机控制的超声波测距系统可以应用于智能家居控制、无人驾驶汽车、智能仓储管理等方面。

例如，可以将该系统应用于智能家居中，通过测量门口到来访者的距离来实现自动开关门的控制；或者可以将该系统应用于无人驾驶汽车中，实现对周围物体距离的检测和避障控制。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，在实际应用中具有很大的潜力和广泛的应用前景。

通过合理的硬件和软件设计，以及系统性能评估和实际应用探索，可以更好地发挥该系统在物体距离测量和控制领域的作用。

2.1 超声波发射电路
图 3 数码管引脚图
超声波发射电路原理图如图 4 所示。发射电路主要有反相器 74LS04 和超声波 换能器构成,单片机 P1.0 端口输出的 40KHz 方波信号一路经一级反相器后送到超 声波换能器的一个电极，另一路经两级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发射强 度。输出端采用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻 R6、R7 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，以缩短其自由振荡的时间。
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
原理 设计参数及 流程图 仿真及性 设计的改 格式 总分
公式推导
能分析 进方法
（30） （20） （10） （20/25） （10/5） （10）
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。