超声波测距设计方案设计者凌建龙美君单位航空电子电气工程学院
超声波测距设计报告
超声波测距—设计报告摘要利用超声波测距原理，出于低成本、高精度的目的，提出了一种基于AT89C52的超声波测距的设计方案。
硬件部分采用AT89C52单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、LCD显示电路和报警电路。
在分析超声波测距原理的基础上，给出了实现超声波测距的硬件设计电路图和软件设计流程图。
该系统测量精度为1cm，测量范围为0.30-3.00m，能够很好的满足测距的设计要求。
关键字单片机超声波温度补偿测距 LCD显示1、设计任务（1）超声波测距系统原理1）超声波传感器总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
他们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
超声波传感器结构如下：图 2超声波传感器外部结构 图 3 超声波传感器内部结构 2） 超声波测距的方案超声波测距方法主要有三种：1）相位检测法：精度高，但检测范围有限；2）声波幅值检测法：易受反射波的影响；3）渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t ，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l 。
设l 为测量距离，t 为往返时间差，超声波的传播速度为c ，则有l=ct/2。
综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。
图 4 测距原理由于超声波也是一种声波，其声速c 与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米／秒。
超声波测距系统(论文设计)正文、结论、参考文献等
1 绪论1.1 超声波技术的广泛应用超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。
1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。
此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。
由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。
20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。
1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。
随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。
材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。
产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。
产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。
如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。
利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。
由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。
超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。
它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。
课程设计实验报告-超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一、设计目的本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。
同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。
二、设计要求1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离2.精度小于1CM，测量距离大于200CM三、设计器材元器件数量STC51单片机 1个超声波测距模块URF-04 1个电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个晶振〔12MHz〕 1 个共阳极四位数码管 1 个极性电容〔33pF〕 2 个非极性电容〔22uF〕 1 个四、超声波测距系统原理331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以到达毫米级。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15℃时〕。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，那么有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：图1 测距原理超声波测距器的系统框图如下列图所示：图2 系统框图五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕4.1硬件电路设计4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟方案二：采用STC51单片机控制。
STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。
最小系统电路图如图3所示图3 单片机最小系统显示模块设计采用四位共阳极数码管显示，连接电路简单，显示电路连接图如图4所示图4 数码管显示电路超声波测距模块a.本系统采用超声波模块URF04进行测距，该模块使用直流5V供电，理想条件下测距可达500cm，广泛应用于超声波测距领域，模块性能稳定，测度距离精确，盲区〔2cm〕超近。
超声波测距课程设计
目录前言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 1.3课题设计的任务和要求------------------------------------------- 1正文1 课程的方案设计-------------------------------------------------2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证-------------------------------------------- 22系统的硬件结构设计------------------------------------- 22.1 51系列单片机的功能特点及测距原理------------------------------ 32.1.1 51系列单片机的功能特点------------------------------------- 32.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 32.2 超声波电路结构------------------------------------------------ 42.3 超声波测距系统的硬件电路设计---------------------------------- 42.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 53 系统软件的设计----------------------------------------- 63.1 超声波测距仪的算法设计---------------------------------------- 73.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机部分C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距部分C语言程序-------------------------------------- 114 实物制作------------------------------------------------ 17 4.1电路板焊接及连线图--------------------------------------------- 17 4.2实物调试效果图------------------------------------------------ 18 4.3焊接电路板时所遇问题------------------------------------------- 195总结------------------------------------------------- 206 致谢-------------------------------------------------- 20附录-------------------------------------------------------------20前言1课题设计目的及意义1.1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。
毕业设计(论文)-基于单片机超声波测距仪[管理资料]
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摘要随着社会经济的发展和交通运输业的不断兴旺，汽车的数量在不断的增加。
交通拥挤状况也日益严重，撞车事件也经常发生，造成了很多不可避免的人声伤亡和经济损失，面对这种情况，设计一种响应快、可靠性高并且比较经济的汽车防撞预警系统显得非常的重要。
超声波测距法是一种最常见的距离测量方法。
本文介绍的就是利用超声波测距法设计一种倒车防撞报警系统。
首先，论文在分析超声波的物理特性、超声波传感器的特性、超声波测距原理等基础上，结合本课题，给出了几种测量方案的比较，对影响本系统测量精度的因素和干扰进行了详尽的分析，制定了相应的解决措施;其次，在硬件选择方面，选择性价比高的AT89C52单片机、LM324放大器、采用低压差线性电压稳压器、较高内阻的压力传感器;在软件方面，采用了功能模块化，为以后的升级或者扩展做准备。
同时采用间歇式的工作模式，非采样期间只有显示器、稳压器等处于活动状态;在保证性能要求的情况下有效的提高了器件寿命。
为了降低整个系统的成本，在满足性能要求的前提下，选择低成本元器件，简化系统设计;采用多点校准技术和线性插值方法，降低了对传感器的线性的要求，扩大了可选传感器的范围，提高了产品的通用性和可扩展性，提高了产品的竞争力，从发射探头到接收探头的那一段“敏感时间”，采用了“延时接收”的方法,进行了测试试验。
研究表明，系统运行稳定，，实现了预期要求。
关键词：倒车防撞；超声波测距；超声波；AT89C52ABSTRACTWith the social and economic development and transportation continues to boom, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serous, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collision avoidance system.First,a particular introduction of the physical characteristic of the ultrasonic and characteristics of ultrasonic sensors in this paper. Combining with the characteristics of the subject, several schemes of measurement are put forward and fully analyzed in term of error, advantage and disadvantage .The factors and interferences which will make an effect in measurement accuracy are analyzed at large and the solution is put forward. Second, In the hardware aspect, the AT89C52 MCU with low capability/price ratio, LM324 amplifier, LED monitor, and pressure sensor with higher resistance are used to build the system, and a low linear voltage regulator is chosen to lower the voltage supply of the whole system. As for the software design, preparing for update or the expansion later, the design has used the sub-sequencing functions, according to the module's realization request. Enhancing the To avoid the sensitive time in which ultrasonic transmit from transmitter to receiver directly, the method of receiving lapsed is adopted. Experimental results show that the operation of the system is stable. From cm to , the system measurement error is less then l cm, the results agree well with our demands.Key words:reversing collision avoidance; Ultrasonic Distance Measure; ultrasonic wave; AT89C52目录1 绪论 (3)论文研究的背景和意义 (4)超声波测距领域的历史和国内外发展现状 (4)本课题的研究方法 (6)2超声波测距的基本理论及测量方案的选择 (6)超声波的定义 (6)超声波的波型 (7)超声波的传播速度 (7)超声波测距的原理 (8) (9)方案选择的论证和选择 (10)设计方案一 (10)方案设计二 (11)方案设计三 (11)方案设计四 (12)3超声波测距系统设计 (13) (13)AT89C52单片机的介绍 (13)单片机系统及显示电路 (15)超声波检测接收电路 (16)超声波发射电路 (17)PCB电路的抗干扰处理 (18) (18)超声波测距器的的算法设计 (18)系统的主程序 (19)超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (20)系统的软调试及性能分析 (21)4误差分析 (22)超声波回波声强的影响 (22)超声波波束入射角的影响 (22)超声波传播速度的影响 (23)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录一原理图 (27)附录二源程序 (28)1 绪论论文研究的背景和意义测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法。
基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文
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。
基于单片机的超声波测距仪设计毕业设计(论文)
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。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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。
涉密论文按学校规定处理。
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。
毕业设计开题报告—超声波测距
毕业设计(论文)开题报告学生：学号：所在学院：专业：通信工程设计(论文)题目：基于STM32的超声波测距仪指导教师：2014年2月25日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、课题研究背景、目的和意义传感器技术是现代信息技术的主要容之一，信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。
比如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、超声波传感器、红外线传感器、压力传感器等等，其中超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。
利用单片机控制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，并且测量精度较高。
超声波测距是一种典型的非接触测量方式。
超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。
且超声波测距系统结构简单、电路易实现、成本低、速度快，所以在工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等领域应用非常广泛。
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表示外径尺寸。所以用CX20106A进行接收。
单片机测距原理
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tr，然后求出距离S＝Ct／ 2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可 测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、 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 决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范 围、减小测量误差，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，限于 实际需要，本电路只采用单路超声波发射接收。 由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。
设计目的与要求
▪ 设计制作一个测距仪并实时数码管显示距
离
▪ 其测量范围为0.1~10m ▪ 测距仪测量精度为1cm，测量误差小于4cm
信号处理电路（单片机）
单片机采用AT89S52
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术 制造，与工业80C52 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存 储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系 统中得到广泛应用。 AT98C52最高晶振频率24MHz AT98S52最高晶振频率33MHz S比C多了128字节的RAM,在线ISP编程,一个数据DPTR,一个看门狗计 时器,掉电模式下能从中断恢复
超声波发射
▪ 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振 来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和 一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率 等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发 生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它 就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未 外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压 电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它 就成为超声波接收换能器。发射器主要由反向 74LS04和超声波发射器T组成。
超声波发射和接收
红外测距 GP2D12
▪
便宜，易制，安全，缺点是距离近。10 – 80cm 是它
最佳关注的范围，但可以判断物体的有无。
激光测距 LDM301 精确，远距离测距，它适用大量程测量。
超声波测距 TC40-16T/R 可以在较差的环境中使用，成本较高，但满足其测量
范围0.1~10m测距仪测量精度为1cm，测量误差小4cm， T表示发射器，R表示接收器。40表示工作频率40kHz, 符 合设计要求，故而选择它。
超声波检测接收
▪
集成电路CX20遥控接收器。考
虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超
声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声
波检测接收电路.另外TC40-16T/R ，T表示发射
器，R表示接收器。40表示工作频率为40kHz,16
显示电路
LCD LED
根据设计要求并综合各方面因素，可以 采用单片机作为主控制器，用动态扫描法 实现LED数字显示。
超声波接收 超声波发射
单片机 最小系统
显示
定时器 控制
显示器
调制器 计时器
振荡器 接收检测
超声波发射 超声波接收