超声波高精度测距的研究与设计【字数：9508】
超声波高精度测距的研究与设计[160515226539837x]
摘 要 超声波测距仪因其性能好、使用便利而且性价比高，而且能实时显示，能达到日常生活中基本测量任务的基本要求。因此超声波测距仪被广泛的应用在液体液位测量、车辆倒车系统、以及自动避障小车等领域上。本文阐述了以回声探测法为基础的超声波测距仪的设计与实现。主控制器以STC89C52单片机为控制芯片，利用定时器计算HC-SR04回响高电平时间即超声波往返时间，再经过温度补偿得到实时超声波速度来提高测量精度，从而算出实测距离并显示。为了增加用户体验我在该系统中加入了报警电路，可以设置报警距离用于提醒使用者。 该系统成功实现了超声波测距仪的测距功能，满足了设计目标，而且经过长时间的测试，超声波测距系统能正常稳定的运行。目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2论文章节安排 1
2.超声波高精度测距仪的总体方案设计 2
2.1 超声波高精度测距的内容及目标 2
2.2方案设计 2
2.2.1 温度传感器的选择 2
2.2.2 超声波传感器的选择 3
3.超声波测距硬件电路设计 4
3.1 硬件电路框架 4
3.2 单片机最小系统电路 4
3.3 超声波测距电路 5
3.3.1 HCSR04模块介绍 6
3.3.2 HCSR04模块电路 7
3.3.3 HCSR04电路 8
3.4 液晶显示电路 8
3.4.1液晶LCD1602简介 8
3.4.2液晶LCD1602电路 9
3.5温度补偿电路 9
3.5.1 DS18B20简介 9
3.5.2 时序说明 10
3.5.3 DS18B20的模块电路 12
3.6 报警模块 12
3.6.1 蜂鸣器 12
3.6.2 蜂鸣器报警电路 13
3.6.3 发光二极管 13
3.6.4 LED灯报警电路 13
3.7 按键电路 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.软件设计 15
4.1软件总体设计概述 15
4.2 温度传感器子程序设计 15
4.3 超声波模块HCSR04子程序流程图设计 16
4.4 软件补偿子程序设计 17
4.5 1602液晶子程序设计 17
5.系统调试 18
5.1 硬件部分基本调试 18
5.1.1 调试方法 18
5.1.2 调试内容 18
5.2 测距系统总体调试 19
6.总结与展望 20
6.1 总结 20
6.2 展望 20
参考文献 21
附录 22
附录一 系统电路原理图 22
附录二 核心代码 23
致谢 28
1.绪论
1.1 课题研究的背景与意义
进入21世纪后，科技水平的不断提高与进步，人们对测距仪的需求越来越大，传统的测距工具已经远远满足不了人类的日常需求。卷尺、卡尺、千分尺等传统工具往往受环境影响及其量程不能满足人们的现代测量要求。例如测量井深、液位等复杂环境等，这些传统测量工具渐渐地满足不了测量需要。因此人类一直在设计发明新的测距仪以满足现代测量需求。
随着大批新型传感器出现与集成电路技术的飞速发展，现代化的测距仪也如雨后春笋般出现在人类的视野中。各种新的测距仪也不断出现在国际市场。就目前来说，我国已经有能独立研制出高性价比测距仪的厂家了，比如常州第二电子仪器厂等优秀厂家，在20世纪初期成功研制出了能通过国家鉴定的多功能红外光电测距仪。新型测距仪主要分为激光测距仪、红外测距仪、超声波测距仪这三大类。
红外测距技术是根据传播速度和传播的时间来计算的距离的。虽然价格低廉且易于制造，测量范围可以达到500公里，但测量精度不足，方向性也不太理想。激光测距技术利用激光来测量与目标之间的距离。虽然测量速度快，精度高，但是在测距的过程中需要注意安全，而且随时需要保持光学系统的清洁。激光测距仪的典型测量范围为3.5米?2000米，最大可以达到5000米。超声波测距仪是基于超声波可以反射这一基本原理设计而来的，并且是一种非接触式测量。在测量过程中，它可以在恶劣的环境中使用，可以抵抗外部因素的干扰，例如光，电磁波和灰尘等因素。由于超声波测距仪良好的性能且抗干扰能力强，超声波测距已成为测距领域不可割舍的一部分。
1.2论文章节安排
第一章：绪论，介绍超声波测距仪研究背景及意义和国内外的发展现状。
第二章：超声波测距仪的总体方案设计，介绍了本次超声波高精度测距仪设计的内容和设计目标，选择其设计方案。
第三章：超声波高精度测距系统的硬件设计，主要介绍了各个单元电路的设计。
第四章：超声波测距仪软件设计，主要介绍了主函数与子函数的设计。
第五章：系统的调试，主要包括对各个独立模块的调试和整体电路的调试。
第六章：总结与展望，主要对超声波高精度测距系统设计的总结。
2.超声波高精度测距仪的总体方案设计
2.1 超声波高精度测距的内容及目标
超声波测距仪受仿生学中蝙蝠回声定位所影响，利用声波的反射这一物理特性，根据基本公式（距离s=超声波速度v*超声波往返时间t）完成测量距离这一任务。本论文研究的超声波高精度测距系统通过采集超声波往返时间，通过温度补偿得到当前环境下超声波较准确的速度，再利用时间与距离的线性关系由主控芯片计算并在液晶屏上显示出所测得的距离。
本系统设计共分为五部分，由主控制芯片、超声波测距部分、温度补偿、液晶显示部分以及报警电路部分构成完整的测距系统。主控芯片选取STC公司生产的STC89C52单片机，这是一款增强型的8051单片机。拥有良好的性能，完全可以满足本系统设计目标。超声波测距部分选取HCSR04作为超声波传感器，相比普通收发超声波传感器，它的集成性更高，使用更方便。温度补偿电路选取高集成度的DS18B20作为本电路的温度传感器。选用LCD1602作为液晶显示屏。
为达到本系统设计的高精度目标，本设计分别加入了硬件电路补偿跟软件补偿两个部分，以求达到提高精度这一目的。硬件电路补偿主要采用温度补偿，软件补偿采用中值滤波法。
本课题的设计目的为：
1.设计一个以单片机为核心的高精度超声波测距仪。
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