超声波测距 毕业设计
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。
本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。
2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。
具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。
一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。
发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。
脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。
接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。
超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。
距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。
超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。
4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。
以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。
一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。
此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。
脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。
常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。
信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。
超声波测距仪设计论文毕业论文
超声波测距仪设计论文毕业论文目录前言.............................................. 错误!未定义书签。
第一章超声波测距系统工作原理 (3)第一节超声波概述 (3)第二节超声波传感器简介 (4)一、压电式超声波传感器 (4)第三节超声波传感器原理 (6)一、测距原理 (6)二、超声波测量中盲区及近限和远限 (6)三、提高测距仪的措施 (7)第四节超声波测距仪系统设计 (8)一、论文设计容 (8)二、硬件设计容 (8)第五节本章小结 (9)第二章系统硬件设计 (10)第一节电路原理设计 (10)一、设计总体思路 (10)第二节主要元器件介绍 (10)一、单片机STC89C52 (10)二、超声波传感器HC-SR04 (12)三、显示电路LCD1602 (14)四、按键电路 (21)五、下载电路 (21)第三节本章小结 (22)第三章系统软件设计 (24)第一节软件设计总体方案 (24)一、主程序设计总体思路 (24)二、测距子程序软件设计 (25)三、显示程序设计 (26)四、按键程序设计 (28)第二节本章小结 (30)第四章超声波测距的误差分析 (31)第一节超声波测距测量结果 (31)一、测量结果 (31)二、误差分析 (31)第二节本章小结 (33)结论.............................................. 错误!未定义书签。
致谢.............................................. 错误!未定义书签。
参考文献.. (34)附录 (35)一、英文原文 (35)二、英文翻译 (41)三、电路图 (46)四、源程序 (47)第一章超声波测距系统工作原理第一节超声波概述声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。
在科学史上，声学是发展最早的学科之一。
超声波测距仪_毕业设计
毕业设计（论文）题目:超声波测距仪专业:机电一体化班级:04413学号:23姓名:万继余指导老师:罗垂敏成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月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，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。
本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51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思路和所需考虑的问题，给出了以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、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。
关键词：超声波单片机测距A T89C51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。
超声波测距仪毕业设计
超声波测距仪毕业设计超声波测距仪毕业设计在现代科技的飞速发展下，越来越多的电子设备被应用于各个领域。
其中，超声波测距仪作为一种常见的测量设备，被广泛应用于工业、医疗、安防等领域。
本文将介绍一个基于超声波原理的毕业设计，旨在设计并制作一款高精度、高稳定性的超声波测距仪。
首先，我们需要了解超声波测距的原理。
超声波是指频率超过人耳能够听到的声音范围（20Hz-20kHz）的声波。
超声波测距仪利用超声波在空气中传播的特性，通过发射器发出超声波脉冲，然后接收器接收到反射回来的超声波，并计算出测距的距离。
在设计过程中，首先需要选择合适的超声波传感器。
传感器的选择直接影响到测距仪的精度和稳定性。
常见的超声波传感器有压电传感器和电容传感器两种。
压电传感器通过压电效应将电能转化为声能，而电容传感器则是通过测量电容的变化来实现测距。
根据设计需求，我们可以选择适合的传感器。
接下来，需要设计测距仪的硬件电路。
核心电路包括发射电路、接收电路和信号处理电路。
发射电路主要负责产生超声波脉冲信号，而接收电路则负责接收反射回来的超声波信号。
信号处理电路用于对接收到的信号进行滤波、放大和数字化处理。
这些电路的设计需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力以及功耗等因素。
在硬件设计完成后，还需要进行软件编程。
软件编程主要包括信号的处理与计算。
首先，需要对接收到的信号进行滤波和放大，以提高信号的质量。
然后，根据超声波传播速度和信号的时间差，可以计算出测距的距离。
为了提高测距的精度，还可以对信号进行多次采样和平均处理。
除了基本的测距功能，我们还可以考虑添加其他功能，如数据存储、显示和通信等。
数据存储功能可以将测距数据保存在存储介质中，方便后续分析和处理。
显示功能可以将测距结果以数字或图形的形式显示出来，提高用户的使用体验。
通信功能可以实现与其他设备的数据传输，实现更多的应用场景。
在整个毕业设计过程中，除了硬件和软件的设计，还需要进行实验和测试。
实验可以验证设计的准确性和可行性。
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计超声波测距系统是一种常见的非接触式测距技术，通过发送超声波信号并测量信号的回波时间来计算距离。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计。
首先，我们需要明确设计的目标。
本设计旨在通过51单片机实现一个精确、稳定的超声波测距系统。
具体而言，我们需要实现以下功能：1.发送超声波信号：通过51单片机的IO口控制超声波发射器，发送一定频率和波形的超声波信号。
2.接收回波信号：通过51单片机的IO口连接超声波接收器，接收并放大返回的超声波信号。
3.信号处理：根据回波信号的时间延迟计算出距离，并在显示器上显示出来。
4.稳定性和精确性：设计系统时需考虑测量过程中误差的影响，并通过合适的算法和校准方法提高系统的稳定性和精确性。
接下来，我们需要选择合适的硬件和软件配合51单片机实现上述功能。
硬件方面：1.51单片机：选择一款性能稳定、易于编程的51单片机，如STC89C522.超声波模块：选择一款合适的超声波传感器模块，常见的有HC-SR04、JSN-SR04T等。
模块一般包括发射器和接收器，具有较好的测距性能。
3.显示设备：选择合适的显示设备，如7段LED数码管或LCD显示屏，用于显示测距结果。
软件方面：1.C语言编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波测距系统的各项功能。
2.串口通信：通过串口与上位机进行通信，可以对系统进行监控和远程控制。
3.算法设计：选择合适的算法计算超声波回波时间延迟，并根据时间延迟计算距离值。
在设计过程中，我们需要进行以下步骤：1.硬件连接：按照超声波模块的说明书，将模块的发射器和接收器通过杜邦线与51单片机的IO口连接。
2.软件编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波模块的控制、信号接收和处理、距离计算等功能。
3.系统测试：进行系统的功能测试和性能测试，验证系统的可靠性和准确性，同时调试系统中出现的问题。
4.系统优化：根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的稳定性和精确性。
超声波测距仪设计本科毕设PPT
05 系统测试与优化
系统测试方案
01
02
03
测试环境
在室内和室外环境下分别 进行测试，以模拟实际应 用场景。
测试设备
使用高精度计时器和测距 仪作为参照设备，确保测 试结果的准确性。
测试方法
分别对测距仪的测距范围、 精度、响应速度等关键性 能指标进行测试。
系统测试结果
测距范围
在室内环境下，测距仪的最远测 距范围为10米，精度为±2厘米； 在室外环境下，最远测距范围为
超声波测距仪设计本科毕设
目录
• 引言 • 超声波测距原理 • 硬件设计 • 软件设计 • 系统测试与优化 • 结论与展望
01 引言
毕设背景
01
超声波测距技术在现代工业、医 疗、交通等领域有广泛应用，如 机器人避障、汽车倒车辅助、无 人机高度检测等。
02
随着技术的不断发展，超声波测 距仪在精度、稳定性、便携性等 方面仍有提升空间。
减小误差的方法
为了减小误差，可以采用高精度计时器和优化信号处理算法等方法。同 时，在实际应用中，需要注意环境温度对声速的影响，并进行适当的修 正。
03 硬件设计
超声波发射器设计
超声波发射器的作用
实际应用
超声波发射器是超声波测距仪中的重 要组成部分，负责产生超声波信号并 向外发射。
根据测距需求，选择合适的超声波频 率和功率，以确保测距精度和范围。
毕设目的
设计一款结构简单、 性能稳定、成本低廉 的超声波测距仪。
提高解决实际问题的 声波测距的基 本原理和实现方法。
毕设意义
为超声波测距技术的发展做出贡 献，推动相关领域的技术进步。
为本科生的实践能力和创新能力 培养提供支持，促进综合素质的
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
超声波测距-毕业设计论文完整版.doc
摘要随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。
在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
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，因而超声测距技术的研究和开发具有实际意义。
本文介绍了一种利用超声波测距的系统，该系统是一种基于STC12C2052 单片机的超声波测距系统，它根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为检测部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。
该系统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模块构成。
通过单片机的I/O口控制超声波发射电路发出40KHz的超声波，反射波经由超声波检测接收电路、放大电路送入单片机外部中断端，通过计算超声波的发射和返回的时间，确定超声波发生器和反射物体之间的距离，完成测距。
该系统可实现4米内测距，盲区20厘米。
关键词：超声波；测距；单片机AbstractWith the development of society, the demand on the measurement of distance or length is increasing. It is applied widely by ultrasonic to measure distance,such as cars reversing radar，range finder and level measurement and so on.Because of the strong point of ultrasonic, low energy consumption,long distance transporting in media, thus it is practical and significant to measure distance by ultrasonic.In this paper ,it introduces a system to measure distance by ultrasonic,which is based on the STC12C2052.The theory is based on the principles of reflection of ultrasonic spreading in the air. The system uses ultrasonic sensors as a detector, and applies MCU and the time difference of ultrosonic spreading in the air to measure the distance. The system consists of the main controller module, ultrasonic transmitter module, ultrasonic receiver module and display module. The MCU I / O port controls ultrasonic transmitter to send 40 KHz ultrasonic, and the reflecting singal is received by the ultrasonic receiver circuit, and it is amplified,and finally,it starts the interruptor of the MCU.The MCU calculates the time of launch and return of ultrasonic to get the disctance between the ultrasonic generator and the reflective objects. The range of measurement is within four meters,with the blind spot of 20 cm。
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毕业设计（论文）题目:超声波测距仪专业:机电一体化班级:04413学号:23姓名:万继余指导老师:罗垂敏成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月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，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。
本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51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思路和所需考虑的问题，给出了以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、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。
关键词：超声波单片机测距A T89C51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。
This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of one-chip computer AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to accomplish real-time control ,and can reach industry's practical demand in measuring the precision 。
Key W ords:Ultrasonic wave; One-chip computer; Range finding; AT89C51目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)第1章超声波测距系统设计 (5)1.1超声波测距的原理 (5)1.2超声波测距系统电路的设计 (5)1.2.1 总体设计方案 (5)1.2.2发射电路的设计 (6)1.2.3接收电路的设计 (7)1.2.4显示模块的设计 (8)1.3超声波测距系统的软件设计 (9)1.4本章小结 (11)第2章绪论 (12)2.1课题背景，目的和意义 (12)2.2两种常用的超声波测距方案 (12)2.2.1基于单片机的超声波测距系统 (12)2.2.2基于CPLD的超声波测距系统 (13)2.3课题主要内容 (14)第3章超声波传感器 (15)3.1超声波传感器的原理与特性 (15)3.1.1原理 (15)3.1.2特性 (16)3.2超声波传感器的检测方式 (17)3.3超声波传感器系统的构成 (18)3.4本章小结 (19)第4章AT89C51单片机简介 (20)4.1单片机基础知识 (20)4.1.1单片机的内部结构 (20)4.1.2单片机的基本工作原理 (22)4.2单片机的分类及发展 (23)4.3单片机AT89C51的特性 (24)4.4本章小结 (27)第5章电路调试及误差分析 (28)5.1电路的调试 (28)5.2系统的误差分析 (28)5.2.1声速引起的误差 (28)5.2.2单片机时间分辨率的影响 (29)5.4本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录1 (34)附录2 (39)附录3 (40)第1章 超声波测距系统设计1.1 超声波测距的原理单片机发出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 ，然后求出距离2ctS (1-1)式(1-1)中的c 为超声波在空气中传播的速度。
限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。
接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。
为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。
由于超声波发球声波范围，其波速c 与温度有关，表1-1列出了几种不同温度下的波速。
表1-1 声速与温度的关系波速确定后，只要测得超声波往返的时间t ，即可求得距离S 。
其系统原理框图如图1-1所示。
图1-1 超声波测距系统框图单片机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，读出时间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 数码管进行显示。
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超声波测距系统电路的设计1.2.1 总体设计方案由单片机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。
该测距装置是由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和LED显示器组成。
传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。
其时序图如图1-2所示。
图1-2 时序图单片机在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。
计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。
1.2.2发射电路的设计由单片机产生的40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本课题所选用的是74HC04集成芯片，图1-3为发射电路图。
图1-3 发射电路74HC04内部集成了六个反向器，同时具有放大的功能。
74HC04的管脚如图1-4所示。
图1-4 74HC04管脚图1.2.3接收电路的设计超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必需经过放大。
本系统采用了LM741对接收到的信号进行放大，接收电路如图1-5所示。
图1-5 接收电路超声波探头接收到超声波后，通过声电转换，产生一正弦信号，其频率为传感器的中心频率，即40kHz。
该信号通过C1高通滤波后经LM741放大，最后经二极管整形后输出到单片机中断口。
LM741是一单运放集成芯片，图1-6为LM741管脚图。
图1-6 LM741管脚图1.2.4显示模块的设计LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。
LED数码管结构简单，价格便宜。
图1-7示出了八段LED数码显示管的结构和原理图。
图1-7(a)为八段共阴数码显示管结构图，图1-7(b)是它的原理图，图1-7(c)为八段共阳LED显示管原理图。
八段LED显示管由八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别与同名管脚相连。
七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其他与八段相同。
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。
为了减少硬件开销，提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。
但是由于本系统所用的单片机引脚少，剩余引脚很多，而且也只需显示三位字符，所以，采用了静态的显示方式，且采用了软件译码，这样单片机引脚输出可直接接到LED显示管上。
这样省去了外部复杂的译码电路。
1.3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P0、P1和P2口显示。
程序流程图如图1-8，(a)为主程序流程图，(b)为定时中断子程序流程图，(c)为外部中断子程序流程图。
(a) (b) (c)图1-8 程序流程图用单片机编程产生40kHz方波，可用延时程序和循环语句实现。