基于单片机的超声波测距仪设计【字数：9189】
摘 要超声波测距在现实中运用的范围非常广泛，如倒车，液位测量等都会使用到。超声波发生器发射出一个信号，当遇到障碍物后返回，返回的信号被接收器接收，显示出测量距离。本设计是一款基于STC89C52单片机控制的超声波测距的装置。硬件部分采用STC89C52单片机为主控单元电路，动态扫描法测距，显示电路采用是LCD1602。程序编写软件用的keil4。报警电路主要是采用蜂鸣器和LED灯，如果小于设定距离遇到障碍物，此时蜂鸣器会报警，同时LED灯会亮，提醒距离过近。本次设计的超声波测距仪成本低廉，电路简单，操作易上手，方便推广实施。该超声波最大可测的距离为4米，误差为1.85%。
Key Words: Ultrasonic ranging；STC89C52；Number display；Alarm 目录
1 绪论 8
1.1课题研究背景和意义 8
1.2课题研究现状及趋势 8
1.3论文主要内容 9
2 系统的总体设计方案 11
2.1系统总体设计 11
2.2 系统方案的比较设计与论证 11
2.2.1 主控模块的选择 11
2.2.2 测距模块的选择 12
2.2.3 显示屏的选择 12
3 系统结构及硬件设计 13
3.1单片机最小系统 13
3.1.1复位电路 14
3.1.2时钟电路 14
3.2超声波测距 15
3.2.1压电式超声波发生器介绍 15
3.2.2超声波测距原理 16
3.3声光报警电路 17
3.4按键电路 17
3.5显示电路 18
3.6电源电路 18
3.7 电路图设计 19
4 软件设计 21
4.1系统总流程图 21
4.2超声波测距子程序 21
5 系统调试 23
5.1 硬件调试 23
5.2 小结 24
总结与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
1.1课题研究背景和意义
超声波测距是非接触式的测量距离的方法，它和激光测距、涡流测距还有无线电测距等方法相比较，有不受外界的光还有一些电磁场等干扰的优势。在一些环境比较恶劣的情况下有较强的适应能力，而且超声波测距的结构简单，购买成本较低，所以该测距广泛的在工业领域，建筑测量领域还有机器人等方面应用。不过由于超声波在空气中传播的时候很难精确的捕捉，还有温湿度对声音的影响等因素，使得超声波测距的精度大大的受到了影响。这就限制该测距系统在一些要求较高的场合使用。就目前的技术来看，人们研究测距的技术还有待提高，在这个科技飞速发展的时代。放眼未来，超声波测距可作为一个很有潜力的技术研究方向，它有很大的发展空间在各个方面。它的未来将朝着更加高精度的方向来发展。以此来满足社会生活和各个领域的需求。声纳的发展方向是：研究制造更高定位精度的移动障碍物来满足武器在水中实施全部隐蔽的要求。继续发展的话将会采用低频线谱检声呐检测潜艇，特别是在海水中检测物体目标。不可否认，在未来发展中超声波将会运用到各个方面，包括军事，医疗等方面。超声波测距是非接触式测量，所以可以运用在一些特殊情况下，比如测量水箱里的液位，或是作为倒车雷达用等。本设计采用超声波结合一些软硬件来制作实现超声波测距并提高测距的精度。
通过此次研究可以使自己对于硬件软件部分有个更深的了解，清楚的知道超声波的原理和应用，熟练应用调试环境KeilC51软件。
1.2课题研究现状及趋势
在1876年F.GALton做了气哨的实验，这次实验代表人类进行了第一次产生的高频声波，而我们国家在1956年也开始大规模的研究超声波。到现在为止，我们国家对超声波的研究已经很深，已经广泛的运用到了各个领域方面，其中有些项目已经能和国际水平相比。当今国内的超声波测距虽然在各个领域得到了普遍的应用，如医学，机械制造，交通等，但是在测距的精确度和多个方向测距仍然有很多不足，以此来看，超声波测距仍然是一个有着蓬勃发展机会的、等待着更多的开发和应用，以此来达到对于测量距离的高定位和高精准。就比如超声波运用于的汽车倒车防撞系统上，当驾驶者开始倒车时如果遇到障碍物就会鸣叫以此提醒驾驶者有障碍物的出现，而其中运用的测距方法就是超声波的理论，它可以一个方向感知到障碍物，并且能够相对准确的定位距离方向等。并且超声波测距也广泛应用于工业现场，可以测量距离、井深、液位等，但凡能够用距离描述出来的都可以用它来测量。以此来看，超声波测距是一个非常有商业价值，并且实用的研究。现在特别流行的机器人中就应用了此技术，在机器人行走时，它要自己有一个自动规避障碍物的功能，所以需要它能够自己检测障碍物所在方向和距离多少，这就完美的用到了超声波测距的功能。
R.Kuc.提出了一个仿生声纳系统，它是一个三维立体的系统，该系统可以利用超声波来自动寻找和跟踪被测目标的物体。该系统由五个超声波模块组成，发射端安装在十字架的中心，然后接收端分别安转在十字架的边缘位置上。这样反射回来的产生波由于会被不同的接收端接收到，所以就可以建一个三维的模型将障碍物呈现在这个空间里。
R.Kuc.提出了三维的仿生声纳系统，系统可以利用超声波自动的寻找被测目标物体。它共有五个超声传感器构成这个系统最主要的感知装置。发射超声波的换能器安装在十字架交叉点，有四个换能器用来接收超声波共分别安装在十字架的边缘位置上。这样，被测目标的距离与方位能够依据空间几何关系就能算出。Bucci和C. Landi提出了一种输入超声信号的功率谱算法。该算法利用傅里叶变换后功率谱密度所包含的信号特征来确定回波的前沿，从而更准确地确定穿越时间。f . Devand g海沃德和j . Soraghan受捕食蝙蝠在夜空中,提出了一种自适应超声成像聚焦系统具有独特的优势,具有重要的价值为消除超声波成像的图像失真,提高超声图像的分辨率,采用重叠频率调制信号。它使用不同频率的超声波。其基本理论基础是利用时频信息，通过改进算法求解频域内的综合干涉图。因此，超声成像系统具有三维空间分辨率高的特点。
1.3论文主要内容
论文包括以下几个方面：
第一部分：介绍超声波测距的应用前景及其在社会经济发展中的重要意义，简述总体框架和各个模块，简要叙述本文的工作，给出文章组织结构。
Key Words: Ultrasonic ranging；STC89C52；Number display；Alarm 目录
1 绪论 8
1.1课题研究背景和意义 8
1.2课题研究现状及趋势 8
1.3论文主要内容 9
2 系统的总体设计方案 11
2.1系统总体设计 11
2.2 系统方案的比较设计与论证 11
2.2.1 主控模块的选择 11
2.2.2 测距模块的选择 12
2.2.3 显示屏的选择 12
3 系统结构及硬件设计 13
3.1单片机最小系统 13
3.1.1复位电路 14
3.1.2时钟电路 14
3.2超声波测距 15
3.2.1压电式超声波发生器介绍 15
3.2.2超声波测距原理 16
3.3声光报警电路 17
3.4按键电路 17
3.5显示电路 18
3.6电源电路 18
3.7 电路图设计 19
4 软件设计 21
4.1系统总流程图 21
4.2超声波测距子程序 21
5 系统调试 23
5.1 硬件调试 23
5.2 小结 24
总结与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
1.1课题研究背景和意义
超声波测距是非接触式的测量距离的方法，它和激光测距、涡流测距还有无线电测距等方法相比较，有不受外界的光还有一些电磁场等干扰的优势。在一些环境比较恶劣的情况下有较强的适应能力，而且超声波测距的结构简单，购买成本较低，所以该测距广泛的在工业领域，建筑测量领域还有机器人等方面应用。不过由于超声波在空气中传播的时候很难精确的捕捉，还有温湿度对声音的影响等因素，使得超声波测距的精度大大的受到了影响。这就限制该测距系统在一些要求较高的场合使用。就目前的技术来看，人们研究测距的技术还有待提高，在这个科技飞速发展的时代。放眼未来，超声波测距可作为一个很有潜力的技术研究方向，它有很大的发展空间在各个方面。它的未来将朝着更加高精度的方向来发展。以此来满足社会生活和各个领域的需求。声纳的发展方向是：研究制造更高定位精度的移动障碍物来满足武器在水中实施全部隐蔽的要求。继续发展的话将会采用低频线谱检声呐检测潜艇，特别是在海水中检测物体目标。不可否认，在未来发展中超声波将会运用到各个方面，包括军事，医疗等方面。超声波测距是非接触式测量，所以可以运用在一些特殊情况下，比如测量水箱里的液位，或是作为倒车雷达用等。本设计采用超声波结合一些软硬件来制作实现超声波测距并提高测距的精度。
通过此次研究可以使自己对于硬件软件部分有个更深的了解，清楚的知道超声波的原理和应用，熟练应用调试环境KeilC51软件。
1.2课题研究现状及趋势
在1876年F.GALton做了气哨的实验，这次实验代表人类进行了第一次产生的高频声波，而我们国家在1956年也开始大规模的研究超声波。到现在为止，我们国家对超声波的研究已经很深，已经广泛的运用到了各个领域方面，其中有些项目已经能和国际水平相比。当今国内的超声波测距虽然在各个领域得到了普遍的应用，如医学，机械制造，交通等，但是在测距的精确度和多个方向测距仍然有很多不足，以此来看，超声波测距仍然是一个有着蓬勃发展机会的、等待着更多的开发和应用，以此来达到对于测量距离的高定位和高精准。就比如超声波运用于的汽车倒车防撞系统上，当驾驶者开始倒车时如果遇到障碍物就会鸣叫以此提醒驾驶者有障碍物的出现，而其中运用的测距方法就是超声波的理论，它可以一个方向感知到障碍物，并且能够相对准确的定位距离方向等。并且超声波测距也广泛应用于工业现场，可以测量距离、井深、液位等，但凡能够用距离描述出来的都可以用它来测量。以此来看，超声波测距是一个非常有商业价值，并且实用的研究。现在特别流行的机器人中就应用了此技术，在机器人行走时，它要自己有一个自动规避障碍物的功能，所以需要它能够自己检测障碍物所在方向和距离多少，这就完美的用到了超声波测距的功能。
R.Kuc.提出了一个仿生声纳系统，它是一个三维立体的系统，该系统可以利用超声波来自动寻找和跟踪被测目标的物体。该系统由五个超声波模块组成，发射端安装在十字架的中心，然后接收端分别安转在十字架的边缘位置上。这样反射回来的产生波由于会被不同的接收端接收到，所以就可以建一个三维的模型将障碍物呈现在这个空间里。
R.Kuc.提出了三维的仿生声纳系统，系统可以利用超声波自动的寻找被测目标物体。它共有五个超声传感器构成这个系统最主要的感知装置。发射超声波的换能器安装在十字架交叉点，有四个换能器用来接收超声波共分别安装在十字架的边缘位置上。这样，被测目标的距离与方位能够依据空间几何关系就能算出。Bucci和C. Landi提出了一种输入超声信号的功率谱算法。该算法利用傅里叶变换后功率谱密度所包含的信号特征来确定回波的前沿，从而更准确地确定穿越时间。f . Devand g海沃德和j . Soraghan受捕食蝙蝠在夜空中,提出了一种自适应超声成像聚焦系统具有独特的优势,具有重要的价值为消除超声波成像的图像失真,提高超声图像的分辨率,采用重叠频率调制信号。它使用不同频率的超声波。其基本理论基础是利用时频信息，通过改进算法求解频域内的综合干涉图。因此，超声成像系统具有三维空间分辨率高的特点。
1.3论文主要内容
论文包括以下几个方面：
第一部分：介绍超声波测距的应用前景及其在社会经济发展中的重要意义，简述总体框架和各个模块，简要叙述本文的工作，给出文章组织结构。
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