超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计[20200406112256]
摘要
STC89C52具有低成本、高精度简单易用等特点，因而在自动控制领域被广泛应用。本设计是采用STC89C52，超声波测距传感器的报警系统的设计和生产，以STC89C52为核心，利用超声波发射及接收的时间差，测得与前方物体之间的距离，然后单片机处理运算，在数码管上显示出来，并与设定的报警距离值进行比较，当距离小于设定值，发出命令来控制蜂鸣器报警。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波传感器STC89C52
目 录
1绪论 5
1.1项目研究背景及意义 5
1.2论文主要内容 7
2总体设计方案及论证 8
2.1总图方案设计 8
3硬件实现及单元电路设计 9
3.1主控制模块 10
3.2超声波模块 11
3.2.1超声波模块测试 12
3.2.2测距分析 12
3.3时钟电路的设计 13
3.4复位电路的设计 14
3.5声音报警电路的设计 14
3.6显示模块 15
3.7按键模块 15
4软件设计 16
4.1 软件设计方法 16
4.2总程序的流程图 16
4.3超声波测距模块工作流程图 17
4.4显示模块工作流程图 18
4.5报警模块工作流程图 20
5系统分析与总结 22
5.1遇到的问题与解决方法 22
5.2系统调试成果 22
5.3数据分析 23
5.4 设计总结 23
5.4.1创新点 23
5.4.2应用范围和实施效果 23
5.5展望 24
5.6总结 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
附件1：原理图 27
附件2：元件清单 29
附件3：实物图 30
1绪论
1.1项目研究背景及意义
超声波是指频率大于20kHz以上的声波，其频率高,波长短,具有以下特性:
(1)方向性好：容易得到的定向和聚焦光束，用于定位和定向传输，并容易集中，以获得一个更大的能量。
(2)功率大：朝一个方向传播，容易聚集成很小的一个点，所以能量大。
(3)穿透力强：超声波在介质中衰弱小，在固体中，能够穿越很大一段距离，方便工业上的检测。
(4)引起空化作用：超声波在液体中传播时，会对液体进行压缩及拉伸，会使液体产生空洞空洞奔溃时还会局部高温及放电，这就是空化作用。
(5)引起许多特殊效应：超声波具有高能量会产生击碎、搅拌、去气、扩散、渗透、凝聚及分离等效应。
(1)在工业中的应用
超声波在工业上可以利用其穿透力强的特点，对工业器材进行检测，通过超声波的发射和接收，然后得到的图像和完好工业器材在超声波检测所得到的图像进行对比，就可以知道被测的工业器材是否存在损坏或者设计上存在的缺陷，并且可以得到被测器材损伤的大小、损伤的位置，使得人们避免了传统探测方式对于某些物体无法进行探测的局限性，并且简单、方便、安全且不会产生什么污染。
此外,采用连续式操作可获得高能量超声波,其强烈的机械振荡产生的击碎、搅拌、去气等特殊效应,可用来制备乳化剂或胶液;在冶金钢水处理中排除废气,并且可使钢的组织晶粒均匀细化以达到强化的目的;用超声波对金属表面进行切削、钻孔等加工;用超声波清洗管道、零件;对材料进行超声焊接(尤其是铝材);同样还可对金刚石、陶瓷、玻璃等刚性非金属材料进行深加工;如果上述过程可以在液体中进行的，使用超声空化作用，使效果显著增加。由此可以看出超声波在工业方面的应用前景很广泛。
(2)在医学领域中的应用
超声波在医学领域可以利用其波长短的特性，可以仔细观察小范围的现象，因此在医学方面，特别是小范围的病症方面能起到很大作用。可以通过超声波的反射来观察各个器官是否病变，也可以检测出病变的具体位置，比如说癌症的病发位置等；并且超声波能代替X光进行全身的检查，X光是射线，照射对于人体具有损害，因此不宜多使用。利用超声波进行检测就可以有效解决这一问题，超声波是一种具有能量的声波，在对于人体的危害上比X光小的多，因此使用超声波能有效减少身体检查对于人体的伤害。另外由于超声波具有能量，可以利用超声波有些病变部位进行摧毁，比如说癌症、结石等，这样可有有效避免手术对患者造成的痛苦及损伤，可以简化手术的程序，降低手术的风险。由此可以看出超声波在医学方面的前景也很广泛。
(3)在农业中的应用
超声波在农业方面也有奇效，超声波能够让植物的种子加速发芽，这样可以减少植物的生长周期；当然超声波也可以提高植物的发芽的几率，这样从侧面增加了农产品的产量，提高的农民的收入，当然最主要的还是用于中草药方面，能缓解药物短缺的窘境。进过超声波的照射，植物的细胞等组织会发生变异，这样也就有可能培育出新的植物品种，再通过杂交技术就有可能得到抗虫害、高产量等优点的植物，从正面提高的农产品的产量。当然超声波能量大，能够将土块震碎，所以可以利用超声波松土，减去了大型机械带来的不便或者是人力带来的麻烦及效率的低下。并且超声波能够杀死害虫，降低了植物的病虫害。超声波在今后的农业方面必将大放异彩。
(4)在食品加工方面的应用
超声波如果加大频率的话，可以粉碎物体，这样就可以利用超声波这一特性进行植物汁液的萃取，简单、方便，并且利用超声波萃取的植物汁液比传统压榨得到的植物汁液多很多，并且质量要好，因而在提取花生油、胡萝卜汁、榨取豆浆等方面运用广泛。当然不仅仅是植物，超声波能够去除植物上残留的农药，能够从鱼肝中萃取鱼肝油。超声波还能有效破坏微生物、细菌的细胞，杀灭微生物、细菌，使得食物不易变质、腐败，更有利于食物的存储；并且能够不破坏食物本身的营养价值及不改变食物原本的味道，这项技术广泛应用于罐头的制作.另外,利用超声乳化技术用来制造果酱、果汁、色拉油等,比传统的乳化工艺设备,具有乳液滴小、乳液稳定、质量好、生产效率高等优点,使食品上档次、上等级。此外,还可进行超声粉碎颗粒,超声过滤,超声干燥等。超声波在今后的时频加工方面必将大放异彩。
(5)其他方面
在海洋中,超声波由于在水中衰减弱,适合作水里的信号系统,可用超声波探测潜艇位置、海底暗礁、鱼群, 测定海深并绘制海底地形图等。在石油勘探中,油井的含油量可利用超声在油层中的声速估计出来,方便了蕴藏丰富的石油资源的开采。在改善生活环境中,可以利用超声雾化加湿,已经进入家庭使用的“超声波加湿器”就是利用换能器产生每秒170万次的高频超声振荡造成剧烈的水滴撕裂粉碎作用,雾化成不到5微米的颗粒,弥散到空气中,以达到调节空气湿度的目的仁。在科研方面,由于特高超声(频率在干兆赫以上)能够引起固体内部原子或晶格振动,而使其成为研究气、液、固体宏微观特性的一种重要途径;非声量的声测法由于精度高,速度快,已广泛应用于石油、化工部门中;在地质、医学领域的应用越来越重要。总之,超声波技术在工业、农业、医学等各个领域中发挥着巨大的作用,它与冶金、机械、农业、生物、材料、食品等各个学科与行业有着紧密的联系,超声波技术更加广泛的应用有待于科技工作者进一步的开发、应用并推广,随着科技的发展,超声波必将更为被现代人所重视，超声波技术的发展将更为广阔，超声波技术将于人类生活的方方面面都更为密不可分。
1.2论文主要内容
本次的毕业论文设计主要讲述了超声波测距仪的设计，主要分为硬件设计和软件设计两大模块，讲述的内容如下：
第一章、第二章主要讲述了课题背景及意义和相应的总体设计方案。对论文所设计的东西进行理论性的分析，具体到各个模块在整个设计中的运行状态，最后达到各个模块汇成一块的效果，分析各个模块的步骤和工作原理，最后达成效果。
摘要
STC89C52具有低成本、高精度简单易用等特点，因而在自动控制领域被广泛应用。本设计是采用STC89C52，超声波测距传感器的报警系统的设计和生产，以STC89C52为核心，利用超声波发射及接收的时间差，测得与前方物体之间的距离，然后单片机处理运算，在数码管上显示出来，并与设定的报警距离值进行比较，当距离小于设定值，发出命令来控制蜂鸣器报警。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波传感器STC89C52
目 录
1绪论 5
1.1项目研究背景及意义 5
1.2论文主要内容 7
2总体设计方案及论证 8
2.1总图方案设计 8
3硬件实现及单元电路设计 9
3.1主控制模块 10
3.2超声波模块 11
3.2.1超声波模块测试 12
3.2.2测距分析 12
3.3时钟电路的设计 13
3.4复位电路的设计 14
3.5声音报警电路的设计 14
3.6显示模块 15
3.7按键模块 15
4软件设计 16
4.1 软件设计方法 16
4.2总程序的流程图 16
4.3超声波测距模块工作流程图 17
4.4显示模块工作流程图 18
4.5报警模块工作流程图 20
5系统分析与总结 22
5.1遇到的问题与解决方法 22
5.2系统调试成果 22
5.3数据分析 23
5.4 设计总结 23
5.4.1创新点 23
5.4.2应用范围和实施效果 23
5.5展望 24
5.6总结 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
附件1：原理图 27
附件2：元件清单 29
附件3：实物图 30
1绪论
1.1项目研究背景及意义
超声波是指频率大于20kHz以上的声波，其频率高,波长短,具有以下特性:
(1)方向性好：容易得到的定向和聚焦光束，用于定位和定向传输，并容易集中，以获得一个更大的能量。
(2)功率大：朝一个方向传播，容易聚集成很小的一个点，所以能量大。
(3)穿透力强：超声波在介质中衰弱小，在固体中，能够穿越很大一段距离，方便工业上的检测。
(4)引起空化作用：超声波在液体中传播时，会对液体进行压缩及拉伸，会使液体产生空洞空洞奔溃时还会局部高温及放电，这就是空化作用。
(5)引起许多特殊效应：超声波具有高能量会产生击碎、搅拌、去气、扩散、渗透、凝聚及分离等效应。
(1)在工业中的应用
超声波在工业上可以利用其穿透力强的特点，对工业器材进行检测，通过超声波的发射和接收，然后得到的图像和完好工业器材在超声波检测所得到的图像进行对比，就可以知道被测的工业器材是否存在损坏或者设计上存在的缺陷，并且可以得到被测器材损伤的大小、损伤的位置，使得人们避免了传统探测方式对于某些物体无法进行探测的局限性，并且简单、方便、安全且不会产生什么污染。
此外,采用连续式操作可获得高能量超声波,其强烈的机械振荡产生的击碎、搅拌、去气等特殊效应,可用来制备乳化剂或胶液;在冶金钢水处理中排除废气,并且可使钢的组织晶粒均匀细化以达到强化的目的;用超声波对金属表面进行切削、钻孔等加工;用超声波清洗管道、零件;对材料进行超声焊接(尤其是铝材);同样还可对金刚石、陶瓷、玻璃等刚性非金属材料进行深加工;如果上述过程可以在液体中进行的，使用超声空化作用，使效果显著增加。由此可以看出超声波在工业方面的应用前景很广泛。
(2)在医学领域中的应用
超声波在医学领域可以利用其波长短的特性，可以仔细观察小范围的现象，因此在医学方面，特别是小范围的病症方面能起到很大作用。可以通过超声波的反射来观察各个器官是否病变，也可以检测出病变的具体位置，比如说癌症的病发位置等；并且超声波能代替X光进行全身的检查，X光是射线，照射对于人体具有损害，因此不宜多使用。利用超声波进行检测就可以有效解决这一问题，超声波是一种具有能量的声波，在对于人体的危害上比X光小的多，因此使用超声波能有效减少身体检查对于人体的伤害。另外由于超声波具有能量，可以利用超声波有些病变部位进行摧毁，比如说癌症、结石等，这样可有有效避免手术对患者造成的痛苦及损伤，可以简化手术的程序，降低手术的风险。由此可以看出超声波在医学方面的前景也很广泛。
(3)在农业中的应用
超声波在农业方面也有奇效，超声波能够让植物的种子加速发芽，这样可以减少植物的生长周期；当然超声波也可以提高植物的发芽的几率，这样从侧面增加了农产品的产量，提高的农民的收入，当然最主要的还是用于中草药方面，能缓解药物短缺的窘境。进过超声波的照射，植物的细胞等组织会发生变异，这样也就有可能培育出新的植物品种，再通过杂交技术就有可能得到抗虫害、高产量等优点的植物，从正面提高的农产品的产量。当然超声波能量大，能够将土块震碎，所以可以利用超声波松土，减去了大型机械带来的不便或者是人力带来的麻烦及效率的低下。并且超声波能够杀死害虫，降低了植物的病虫害。超声波在今后的农业方面必将大放异彩。
(4)在食品加工方面的应用
超声波如果加大频率的话，可以粉碎物体，这样就可以利用超声波这一特性进行植物汁液的萃取，简单、方便，并且利用超声波萃取的植物汁液比传统压榨得到的植物汁液多很多，并且质量要好，因而在提取花生油、胡萝卜汁、榨取豆浆等方面运用广泛。当然不仅仅是植物，超声波能够去除植物上残留的农药，能够从鱼肝中萃取鱼肝油。超声波还能有效破坏微生物、细菌的细胞，杀灭微生物、细菌，使得食物不易变质、腐败，更有利于食物的存储；并且能够不破坏食物本身的营养价值及不改变食物原本的味道，这项技术广泛应用于罐头的制作.另外,利用超声乳化技术用来制造果酱、果汁、色拉油等,比传统的乳化工艺设备,具有乳液滴小、乳液稳定、质量好、生产效率高等优点,使食品上档次、上等级。此外,还可进行超声粉碎颗粒,超声过滤,超声干燥等。超声波在今后的时频加工方面必将大放异彩。
(5)其他方面
在海洋中,超声波由于在水中衰减弱,适合作水里的信号系统,可用超声波探测潜艇位置、海底暗礁、鱼群, 测定海深并绘制海底地形图等。在石油勘探中,油井的含油量可利用超声在油层中的声速估计出来,方便了蕴藏丰富的石油资源的开采。在改善生活环境中,可以利用超声雾化加湿,已经进入家庭使用的“超声波加湿器”就是利用换能器产生每秒170万次的高频超声振荡造成剧烈的水滴撕裂粉碎作用,雾化成不到5微米的颗粒,弥散到空气中,以达到调节空气湿度的目的仁。在科研方面,由于特高超声(频率在干兆赫以上)能够引起固体内部原子或晶格振动,而使其成为研究气、液、固体宏微观特性的一种重要途径;非声量的声测法由于精度高,速度快,已广泛应用于石油、化工部门中;在地质、医学领域的应用越来越重要。总之,超声波技术在工业、农业、医学等各个领域中发挥着巨大的作用,它与冶金、机械、农业、生物、材料、食品等各个学科与行业有着紧密的联系,超声波技术更加广泛的应用有待于科技工作者进一步的开发、应用并推广,随着科技的发展,超声波必将更为被现代人所重视，超声波技术的发展将更为广阔，超声波技术将于人类生活的方方面面都更为密不可分。
1.2论文主要内容
本次的毕业论文设计主要讲述了超声波测距仪的设计，主要分为硬件设计和软件设计两大模块，讲述的内容如下：
第一章、第二章主要讲述了课题背景及意义和相应的总体设计方案。对论文所设计的东西进行理论性的分析，具体到各个模块在整个设计中的运行状态，最后达到各个模块汇成一块的效果，分析各个模块的步骤和工作原理，最后达成效果。
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