基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计

毕业设计报告（论文）

报告（论文）题目：基于51单片机的超声波测距

系统设计

作者所在系部： XXXXXX 作者所在专业： XXXXXX 作者所在班级： XXXX 作 者 姓 名 ： XXX 作 者 学 号 ： XXXXXXX 指导教师姓名： XXX 完 成 时 间 ： XXXX年X月X日

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毕业设计（论文）任务书

姓 名： 指导教师： XX XXX 专 业： 职 称： XXX XXXX 班 级： XXX 学号： XXXXXXXX 完成时间： XXXX年X月X日 毕业设计（论文）题目： 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计目标： 利用超声波的指向性强、能量消耗慢、传播距离远等特点，设计实现生活中很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距的工作。 技术要求： 1、熟练使用AT89C51单片机、超声波发射器、超声波接收换能器各种仪器。掌握其原理，学以致用。设计出超声波测距仪的硬件结构电路。 2、对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。 3、对设计的电路进行分析。 所需仪器设备： AT89C51单片机、超声波发射器、超声波接收换能器 成果验收形式： 原理图、仿真结果 参考文献： 《单片机原理与接口技术》、《传感器应用A》、《电子测量技术》 时间 安排 1 5周---6周 2 7周---8周 立题论证 方案设计 3 9周---13周 4 14周---16周 仿真调试 成果验收 指导教师： 教研室主任： 系主任：

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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射和折射现象，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。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。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。它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LED上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。

关键词 AT89C51 超声波 测距

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目 录

摘 要 ....................................................................................................................................... 1 第1章 绪论 ............................................................................................................................... 1 1.1课题背景及重要意义 ......................................................................................................... 1 1.2国内超声检测发展综述 ..................................................................................................... 1 1.3超声波测距存在的问题与课题的意义 ............................................................................. 2 1.4本文主要研究内容 ............................................................................................................. 3 第2章 超声波测距原理与方法 ................................................................................................. 5 2.1超声波简介 ......................................................................................................................... 5 2.1.1 超声波的三种形式 ...................................................................................................... 5 2.1.2 超声波的物理性质 ...................................................................................................... 5 2.1.3 超声波对声场产生的作用 .......................................................................................... 5 2.2超声波传感器介绍 ............................................................................................................. 6 2.2.1 超声波测距原理及结构 .............................................................................................. 6 2.2.2超声波传感器选择 ....................................................................................................... 9 2.2.3超声波测距的原理 ....................................................................................................... 9 2.2.4发射脉冲宽度 ............................................................................................................. 10 2.2.5测量盲区 ..................................................................................................................... 11 2.3本章小结 ........................................................................................................................... 12 第3章 系统硬件设计 ............................................................................................................. 13 3.1 发射电路设计 ................................................................................................................... 13 3.1.1发射电路设计方案 ..................................................................................................... 14 3.1.2发射电路常用方案 ..................................................................................................... 14 3.1.3 超声波发射器的注意事项 ........................................................................................ 15 3.2 接收电路设计 ................................................................................................................... 16 3.3单片机显示电路设计 ....................................................................................................... 17 3.3.1 LCD显示部分 ............................................................................................................ 21 3.3.2报警部分 ..................................................................................................................... 22 3.4本章小结 ........................................................................................................................... 22 第4章 软件设计和测量结果分析 ........................................................................................... 23

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4.1系统软件设计 ................................................................................................................... 23 4.2外部中断子程序 ............................................................................................................... 27 4.3定时器中断子程序 ........................................................................................................... 27 4.4 实现重要功能的程序分析 ............................................................................................... 28 4.4.1 实现温度读取功能 .................................................................................................... 28 4.4.2 实现根据温度转化声速 ............................................................................................ 29 4.4.3 实现距离计算 ............................................................................................................ 29 4.5本章小结 ........................................................................................................................... 30 第5章 结论 ............................................................................................................................... 31 致 谢 ..................................................................................................................................... 32 参考文献 ..................................................................................................................................... 33 附录1 .......................................................................................................................................... 34 附录2 .......................................................................................................................................... 35

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