超声波测距模块的设计与实现软件设计(附件)
在一些高危、强磁干扰或无光线的环境下，超声波测距作为一种实时、简单易用的非接触测量技术得到了广泛的应用。本设计主要是利用AT89S52单片机的超声波换能器完成测距报警系统的制作。系统软件设计包括主程序、超声波测距模块、语音模块、测温模块、距离处理模块与按键处理模块。利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，AT89S52发出指令控制蜂鸣器报警。通过DS18B20进行温度补偿，同时利用 WT588D语音模块对测量结果进行语音播放。关键词 超声波，非接触，测距，温度补偿
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 超声波测距国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 系统的总体设计 3
2.1 系统的总体框图 3
2.2 超声波的基本特性 4
2.3 超声波换能器 6
2.4 超声波测距的原理 7
2.5 温度影响超声波测距 8
3 系统硬件设计 9
3.1 AT89S52单片机 9
3.2 WT588D语音播放 10
3.3 DS18B20温度传感器 10
4 系统软件设计 11
4.1 主程序 11
4.2 超声波测距模块 12
4.3 蜂鸣器报警模块 12
4.4 语音模块 13
4.5 测温模块 13
4.6 距离处理模块 14
4.7 按键检测模块 15
5 系统软件调试 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
附 录 22
1 引言
1．1 课题背景与研究意义
随着现代科技的进步，工业使用早已不是传统的接触式测距方法，而且人们的日常工作生活都涉及距离测量，这就对测量的范围、精度、实时性和动态性有很高的要求。各种非接触测距技术在这种推动下不断涌现出来。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
非接触测距有以下优点：
1、操作简单方便，不受人的视眼误差因素影响精度。
2、没有人为等受力干扰，排除接触柔性物体的测量。
3、安全可靠，可以测量有毒、高温、腐蚀性强等不易触碰的危险物体。
4、使用计算机图像处理，因而采集速度快。
现在，非接触测距系统主要采用超声波传感器来测量距离。其中，测量距离技术与光学技术结合形成的测距有结构光测距、激光测距和立体视觉测距等技术；而测量距离技术与非光学技术结合形成的测距有电涡流测距与超声波测距等技术。超声波测距具有指向性好、功耗小、对环境适应性良好与容易实时控制等特点。使用超声波是不错的距离测量方案，能满足人们对测量精度的要求。
在移动机器人中，机器人是使用自身的多种传感器来感知周围环境信息，定位和躲避阻碍物的，里面使用测距传感器中就有超声波传感器。在测量水下地形中，应用超声波测距可以进行水下微地形高程数据测量，从而探测重构得到的微地形图，才能真实反映被测地形的特征。每天都有因汽车倒车引起的交通事故。由于视线盲区，人们在倒车时，不能直接看到汽车尾部与阻碍物之间的距离，容易发生事故。人们在汽车倒车时速度较慢，相对超声波在空气中的传播速度，可以假设成汽车是静止的，使用超声波测距，提醒驾驶员汽车与阻碍物之间的距离，解决汽车倒车的盲区问题，辅助驾驶员进行安全倒车。
随着测距方法的改进，测距范围将进一步扩大。超声波测距仪将高度集成化、自动化和智能化，并集合其他种类测距仪，朝多测距仪的发展。超声波测距技术和方法的进一步研究，对于超声波检测的应用和推广具有重要的现实意义。
1．2 超声波测距国内外研究现状
1.2.1 国内研究状况
近些年，国内在超声波换能器设计、回波信号处理和超声波发射脉冲上的研究不断有新的发现，陆续有超声波测距的专利成果发布。
在超声波换能器设计方面，李晓、宋雁鹏、王志斌与杨常青等人设计的换能器等效模型，该优化的换能器电端匹配网络无需变压器结构，压缩了体积，减小工业生产难度。在带宽范围内，匹配后的声光可调谐滤波器衍射效率均在85%以上，大幅提高光谱成像的质量，并且为将来的换能器匹配网络的设计以及利用声光可调谐滤波器进行光谱成像技术打下基础[1]。戴丽萍与何涛在超声波换能器电路内部增加PGA204可编程增益放大电路，实现发射探头与接收探头互换的功能，有效解决探头用反造成的损坏[2]。
在超声波回波信号处理方法方面，温宗周、李富宁与夏自帮使用两种标准挡板，提供超声波测距的误差补偿方案，提高了超声波测距的精度[3]。王英健与张柳使用一种按回波脉宽估算回波滞后时间的方法，基本可以消除时间滞后误差[4]。
在超声波发射脉冲方面，黄晓鹏与付纯鹤改变超声波发射接收单元在电路中的位置，缩短换能器的信号传输线，有效削弱线缆反射，降低信号衰减，同时减少了噪声干扰超声波信号，从而得到畸变小而纯净的超声波信号。其采用的发射接收单元，可以替换，它提高了整个超声波系统的灵活性。该套系统适合用于超声扫描显微镜，也适合超声换能器高频率或者换能器位置远在超声波接收电路位置的地方[5]。
1.2.2 国外研究状况
国外在超声波测距应用方面研究更深入，Ricardo Queiros与Francisco Correa Alegria团队找到了提高超声波测距系统的方法，该设计主要采用交叉相关联和正弦发生器两种方法。第一种是检测超声波在均匀介质中的传播时间[6]，减少测量时间带来的误差。第二种是排除超声波在均匀介质中的传播过程中会出现的相移干扰，得到更纯净的超声波信号。伦敦帝国大学的 Jackson J C 与 Summan R 团队选择渡越时间方法来测距，扩展了超声波的应用范围。与多种传感器配合的测距系统，在机器人移动时实时检测阻碍物；超声波进入物体，精确探测内部结构；在医疗方面，使用超声波来获得研究区域的图像[7]。
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 超声波测距国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 系统的总体设计 3
2.1 系统的总体框图 3
2.2 超声波的基本特性 4
2.3 超声波换能器 6
2.4 超声波测距的原理 7
2.5 温度影响超声波测距 8
3 系统硬件设计 9
3.1 AT89S52单片机 9
3.2 WT588D语音播放 10
3.3 DS18B20温度传感器 10
4 系统软件设计 11
4.1 主程序 11
4.2 超声波测距模块 12
4.3 蜂鸣器报警模块 12
4.4 语音模块 13
4.5 测温模块 13
4.6 距离处理模块 14
4.7 按键检测模块 15
5 系统软件调试 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
附 录 22
1 引言
1．1 课题背景与研究意义
随着现代科技的进步，工业使用早已不是传统的接触式测距方法，而且人们的日常工作生活都涉及距离测量，这就对测量的范围、精度、实时性和动态性有很高的要求。各种非接触测距技术在这种推动下不断涌现出来。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
非接触测距有以下优点：
1、操作简单方便，不受人的视眼误差因素影响精度。
2、没有人为等受力干扰，排除接触柔性物体的测量。
3、安全可靠，可以测量有毒、高温、腐蚀性强等不易触碰的危险物体。
4、使用计算机图像处理，因而采集速度快。
现在，非接触测距系统主要采用超声波传感器来测量距离。其中，测量距离技术与光学技术结合形成的测距有结构光测距、激光测距和立体视觉测距等技术；而测量距离技术与非光学技术结合形成的测距有电涡流测距与超声波测距等技术。超声波测距具有指向性好、功耗小、对环境适应性良好与容易实时控制等特点。使用超声波是不错的距离测量方案，能满足人们对测量精度的要求。
在移动机器人中，机器人是使用自身的多种传感器来感知周围环境信息，定位和躲避阻碍物的，里面使用测距传感器中就有超声波传感器。在测量水下地形中，应用超声波测距可以进行水下微地形高程数据测量，从而探测重构得到的微地形图，才能真实反映被测地形的特征。每天都有因汽车倒车引起的交通事故。由于视线盲区，人们在倒车时，不能直接看到汽车尾部与阻碍物之间的距离，容易发生事故。人们在汽车倒车时速度较慢，相对超声波在空气中的传播速度，可以假设成汽车是静止的，使用超声波测距，提醒驾驶员汽车与阻碍物之间的距离，解决汽车倒车的盲区问题，辅助驾驶员进行安全倒车。
随着测距方法的改进，测距范围将进一步扩大。超声波测距仪将高度集成化、自动化和智能化，并集合其他种类测距仪，朝多测距仪的发展。超声波测距技术和方法的进一步研究，对于超声波检测的应用和推广具有重要的现实意义。
1．2 超声波测距国内外研究现状
1.2.1 国内研究状况
近些年，国内在超声波换能器设计、回波信号处理和超声波发射脉冲上的研究不断有新的发现，陆续有超声波测距的专利成果发布。
在超声波换能器设计方面，李晓、宋雁鹏、王志斌与杨常青等人设计的换能器等效模型，该优化的换能器电端匹配网络无需变压器结构，压缩了体积，减小工业生产难度。在带宽范围内，匹配后的声光可调谐滤波器衍射效率均在85%以上，大幅提高光谱成像的质量，并且为将来的换能器匹配网络的设计以及利用声光可调谐滤波器进行光谱成像技术打下基础[1]。戴丽萍与何涛在超声波换能器电路内部增加PGA204可编程增益放大电路，实现发射探头与接收探头互换的功能，有效解决探头用反造成的损坏[2]。
在超声波回波信号处理方法方面，温宗周、李富宁与夏自帮使用两种标准挡板，提供超声波测距的误差补偿方案，提高了超声波测距的精度[3]。王英健与张柳使用一种按回波脉宽估算回波滞后时间的方法，基本可以消除时间滞后误差[4]。
在超声波发射脉冲方面，黄晓鹏与付纯鹤改变超声波发射接收单元在电路中的位置，缩短换能器的信号传输线，有效削弱线缆反射，降低信号衰减，同时减少了噪声干扰超声波信号，从而得到畸变小而纯净的超声波信号。其采用的发射接收单元，可以替换，它提高了整个超声波系统的灵活性。该套系统适合用于超声扫描显微镜，也适合超声换能器高频率或者换能器位置远在超声波接收电路位置的地方[5]。
1.2.2 国外研究状况
国外在超声波测距应用方面研究更深入，Ricardo Queiros与Francisco Correa Alegria团队找到了提高超声波测距系统的方法，该设计主要采用交叉相关联和正弦发生器两种方法。第一种是检测超声波在均匀介质中的传播时间[6]，减少测量时间带来的误差。第二种是排除超声波在均匀介质中的传播过程中会出现的相移干扰，得到更纯净的超声波信号。伦敦帝国大学的 Jackson J C 与 Summan R 团队选择渡越时间方法来测距，扩展了超声波的应用范围。与多种传感器配合的测距系统，在机器人移动时实时检测阻碍物；超声波进入物体，精确探测内部结构；在医疗方面，使用超声波来获得研究区域的图像[7]。
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