超声波测距系统的设计

2.2 课题研究意义 由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的 影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣 环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应 用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、 环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、 水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距 离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进 行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在 空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较 迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能 达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍 物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息 （距离和方向）。因此超声波测距在移动机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。
4.3 稳压电路 因为本次设计的元器件都可以使用+12V 或是+5V的电源来驱动，所以我制作了一 个稳压电源，它使用三端集成稳压器 CW7812和CW7805来设计。通过变压器 的直流电通过由二极管组成的桥式整流 电路进入三端稳压元件，CW7812和 CW7805分别为电路提供稳定的12V和 5V直流电源。极性电容起滤波电容的作 用，非极性电容则可以改善负载的瞬态 影响，使电路稳定工作。
第三章 方案设计和选择
3.1超声波测距的基本原理 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声 的声波被称为超声波。 谐振频率高于 的声波被称为超声波 波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱， 波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱， 但反射能力越强。 但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制 成超声传感器，或称为超声换能器， 成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既 可以把电能转化为机械能、 可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化 为电能的器件或装置。 为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可 将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之， 将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之， 当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能 机械能) 当换能器处在接收状态时，它可将声能 机械能 转换为电能。 转换为电能。
第二章 课题研究背景与意义
2.1 课题研究背景 超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的 以上的声波， 超声波是指频率在 以上的声波 范畴。近年来，随着电子测量技术的发展， 范畴。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。随着经济发展， 作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术 应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低， 应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能 稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波， 以上的声波， 稳定则备受青睐。超声波是指频率在 以上的声波 它属于机械波的范畴。 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， 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等。 射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是 因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。 因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。 随着科技水平的不断提高， 随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用 于人们日常工作和生活之中。 于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用 于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、 于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高 度的测量等。 度的测量等。
第一章 概述
从技术上看，超声波测距系统在上个世纪70年代已经实用化，从 70年代末期开始广泛应用于生产领域。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。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，因此在工农业生产上到了广泛的应用。
第五章 软件设计
程序完成的功能 本次设计的程序需要完成的功能有： 本次设计的程序需要完成的功能有： （1）超声波的发射和接受控制 ） （2）消除余振 ） （3）对回波信号的检测 ） （4）测距时间到距离的换算 ） （5）距离的显示 ） （6）对距离进行判断 ）
结束语
本文借助于模数电技术和单片机技术的结合，解决了超声波测距的一 些难题。本毕业设计以AT89S52为核心，灵活的运用超声波换能集 成电路作为超声波的接收电路，在讨论了超声波测距原理、硬件电路 实现和软件设计方法基础上，完成了超声波测距的设计要求。从课题 选择、方案论证到具体设计，我查阅了大量的资料。对一些疑难的问 题，我得到了老师和同学的帮助。在3年的学习和生活期间，也始终 感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师们表 示深深的感谢和崇高的敬意。 不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老 师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得 以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺 利完成，在此向全体老师表示由衷的谢意。感谢他们3年来的辛勤栽 培。
摘要： 摘要：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 生反些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不 断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。 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，另外还 有复位电路和LED控制电路等。我采用以AT89s52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、温度测量、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,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接 收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度 进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能。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。
3．2单片机 ． 单片机 单片机AT89S52 单片机一词最初源于“ 单片机一词最初源于“Single-Chip Microcomputer”，简称 ， “SCM”。单片机也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。它 。单片机也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器” 不是完成某一个逻辑功能的芯片（芯片也称为集成电路块， 不是完成某一个逻辑功能的芯片（芯片也称为集成电路块，它是 1958年9月12日，在Robert Noyce的领导下，科研小组发明集成 的领导下， 年 月 日 的领导下 电路后开始出现的一个名称）， ），而是把一个微型计算机系统集成到 电路后开始出现的一个名称），而是把一个微型计算机系统集成到 一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、 一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、 质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。近年来， 质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。近年来， 微处理器已广泛应用于多种领域，尤其是在智能仪器仪表中的应用 微处理器已广泛应用于多种领域， 更是如此，这不仅引起了产品本身的变革， 更是如此，这不仅引起了产品本身的变革，也深深地影响设计的理 念的变革。智能仪器仪表作为一种智能系统，其核心在于微处理器。 念的变革。智能仪器仪表作为一种智能系统，其核心在于微处理器。 基于微处理器的智能系统设计， 基于微处理器的智能系统设计，已成为目前电子设计领域的一个热 智能系统是一个复杂的系统，一般包含微处理器、 点。智能系统是一个复杂的系统，一般包含微处理器、按键与显示 人机界面、 转换、 转换等基本功能部件， 人机界面、A/D转换、D/A转换等基本功能部件，同时也包含与应 转换 转换等基本功能部件 用领域相关的其他特殊部件。 用领域相关的其他特殊部件。智能系统一般需要在恶劣的环境下长 期连续地工作，因此在满足功能的基础上， 期连续地工作，因此在满足功能的基础上，其可靠性也是设计时需 要考虑的一个方面，目前已经普遍应用于通信、雷达、 要考虑的一个方面，目前已经普遍应用于通信、雷达、遥控和自动 控制等各个领域中。在本次毕业设计中我选用的是AT89S52单片机。 单片机。 控制等各个领域中。在本次毕业设计中我选用的是 单片机 AT89S52是一个低功耗，高性能 是一个低功耗， 位单片机， 是一个低功耗 高性能CMOS 8位单片机，片内含 位单片机 片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 的可反复擦写1000次的 的可反复擦写 次的 Flash只读程序存储器，器件采用 只读程序存储器， 公司的高密度、 只读程序存储器 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性 公司的高密度 存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及 指令系统及80C51引脚结构，芯 引脚结构， 存储技术制造，兼容标准 指令系统及 引脚结构 片内集成了通用8位中央处理器和 位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的 存储单元， 片内集成了通用 位中央处理器和 存储单元 微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比 微型计算机的 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比 的解决方案
第四章 硬件电路设计
4.1整体电路设计 整体电路设计 整体电路的控制核心为单片机AT89S52。超声波发射和接 收电路中都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果 尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接 收。另外还有温度测量电路测量当时的空气温度，等到把 数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整， 使测量精度能够达到要求。整体结构图包括超声波发射电 路,超声波接收电路,单片机电路,显示电路与温度测量电路 等几部分模块组成。而超声波发射与接收电路还要加入放 大电路。在发射后把信号放大，接收前也要把还再次放大 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。