超声波测距模块的设计与实现硬件设计(附件)
本设计是基于AT89S52单片机的超声波测距模块，主要由单片机最小系统、超声波发射与接收模块、语音播报模块、数码管显示模块组成。AT89S52单片机作为主控制器，采用74LS04反相器和CX20106A组成的电路实现了超声波发射与接收，LED数码管显示测量距离，利用WT855D语音播报芯片加以辅助，DS18B20进行温度补偿，提高了测量精度。利用超声波方向性好，穿透能力强等特点实现距离的测量，当距离测量的距离小于设定值时，蜂鸣器报警。这套测距系统能够很好适用在汽车倒车系统。关键词 AT89S52，超声波发射与接收，CX20106A
目 录
1 绪论 1
1.1 课题设计目的及意义 1
1.2 国内外研究方向 2
1.3 本课题设计的主要内容 2
2 总体方案 3
2.1 超声波测距系统总结构图 3
2.2 超声波测距原理 4
2.3方案选择 5
3 硬件介绍 7
3.1 AT89S52单片机的功能及特点 7
3.2 语音播报 9
3.3共阳极数码管 11
3.4温度传感器 12
3.5超声波传感器 13
4 硬件电路 15
4.1 Altiumdesigner10 简介 15
4.2 系统硬件设计原理图 15
4.2.1单片机最小系统 16
5硬件调试及实物图 21
5.1硬件调试 21
5.2硬件实物图 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1 课题设计目的及意义
随着社会快速进步，科学检测水平也快速提高，超声波技术在检测技术中运用的愈来愈广泛，当中运用超声波技术测距就是很不错的应用。虽然就当前的快速发展水平，能够充分准确运用的测距检测技术还是相当少，所以，超声波技术一个充满生机、远大光景、发展快速、欣欣向荣的科学技术及发展产业领域。超声波技术常常运用于检测距离大小，这是因为超声波拥有能够按照规定方向传播，能耗量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
相当小，在不同介质中能够传到相当远的距离这些特征。使用超声波检测技术相比于其他检测技术来说，它更加容易快速准确计算，实现及时控制简单易行[1]。为了进一步开发和充分运用超声波，研究者现在成功开发出并生产出了各式各样超声波换能器，并得到了广泛的应用。在腐化、易泄漏液体的深度检测中，人们直接用工具尺测量不仅存在着安全问题而且不利于保护，使用超声波检测可以不直接触摸液体就可以测量出水的深度，这种方法能够很好地处理上述问题。超声波测距在移动机器人视觉方面起到了重要作用，这相当于机器人的眼睛，能够高效测出距离从而躲避障碍物，可以高效地完成繁杂、艰巨的工作[2]。超声波技术在军事上使用愈加成熟，超声波探测仪被安置在战舰上，是因为这样就可以高效准确及时发现到礁石，检测到深海里他国的潜艇所在的深度、以及自身战舰所处海水的深度。运用好超声波测距技术对渔民来说同样密切相关。人们在打捞鱼的时候，利用超声波探测器就可以发射不同方向的超声波，一旦有鱼群的时候，就会反射回来，这样渔民们就可以精确知道鱼的方位，提高了工作效率[3]。在未来，超声波测距技术将趋向自动化、智能化，与各式各样的测距仪相辅相成，形成多远化的测距。随着时间的推移，超声波测距将单一的判断发展多元化单，最终发展到极具创造力。
超声测距是一种具备耐用、环保、高性能、不易坏、可靠等特点的非接触检测技术，较其它仪器更加能适应恶劣环境，适用范围更广，因此超声波测距技术总得来说适用于汽车的防撞系统、机器人判别障碍物、一些工地修建和工业生产过程中所用到的液体的深度测量、水井道深度测量、管道长度测量等场所[4]。现在人们的愈加与富有，路上的车辆也随之变多，因此司机驾车的平安问题也成为社会关注的焦点，车辆事故当中倒车撞车发生最多，比重最大，所以为了解决这一问题，超声波测距技术的使用具有非常深远的意义。通过这一次课题对超声波测距的探索，不仅可以使自己对电路的认识更加深入，而且可以提高自己对单片机应用能力并能将它设计出来的作品准确地使用在实际生活当中。
1.2 国内外研究方向
19世纪末F.Galton第一次成功产生了高频率的波，之后这次实验被人们认为超声波研究的开端[5]。20世纪初，科学家对超声波研究逐渐感兴趣，Langevin能够成功接收频率较低的超声波，而且设想了先进关于能不能运用超声波到潜艇的想法。20世纪中期，有人首次发现超声波检测有缺陷，之后就有人设计出一种弥补超声波检测带来误差的方法。之后的几十年，超声波测距技术得到了迅速发展[6]。
超声波之所以成为众多检测方式的一类，是因为它可以不直接触碰到目标就能完成测距。自然环境中的风、太阳、灰尘等许多因素对它的影响相当小。人们特别重视超声波测距的应用，是由于它能够完成测量时对物体没有伤害。它的频率变化，对超声波速度产生不了多大的影响[7]。对此，国内外研究学者针对超声波测距展开了深入地研究并得到了不错的应用。
在国外，人们对超声波测距技术这一层做了不计其数的研究，就是为了提高对超声波的测距方面的能力，当然国内的也有许多研究者对此做了有关的设计研究。目前，超声波测距一般有三种技术，分别是相位检测、渡越时间检测、声波幅值检测[8]。其中相位检测的虽然精度最高，但测量距离很短，声波幅值检测受介质影响比较严重，渡越时间检测只要测出超声波往返的时间，就可以计算出障碍物的距离，工作方式简单，直观表达。所以当前通常选择渡越时间法作为超声波测距技术的检测方法。因为温度对超声波的速度的影响没有办法忽视不计的，所以本次设计必须选取温度补偿器来校正超声波速度。
1.3 本课题设计的主要内容
超声波是一种除了人的耳朵能听到的声波以外的频率大于20 KHz的机械波。超声波换能器这类设备可以实现发射和回收超声波信号，因此完成检测距离效果。超声波换能器有单一实现发射的发生器和回收信号的接收器，但是一个超声波换能器同时具有两种功能。其中的原理就是根据压电效应的原理，从而可以完成两者之间的相互变化，从而完成发射和回收超声波信号[9]。
本次设计打算选用AT89S52芯片作为整个系统的控制核心，超声波测距模块分为超声波发射模块以及以CX10206A为中心的超声波接收模块，用数码管显示所测得的距离，用WT588D语音广播芯片进行语音播报，蜂鸣器作为报警装置。利用单片机触发系统的发射模块发出40KHz的信号并通过系统的接收模块检测到底有没有信号。如果发现有信号，则超声波接收模块将所接收到的回波信号经过单片机的引脚输出高电平，计算距离的关键时间值就是高电平一直连续输出的时间，在经过超声波测距原理计算公式，计算出距离。其中温度对超声波的速度的影响是不得不考虑在内的，因此一定要针对不一样温度下的超声波进行温度补偿。现在通常人们都会采用DALLAS公司的DS18B20进行测温并举行温度补偿，因为其选用一种与众不同的一条引脚接入单片机方式，使用方便[10]。本次设计利用单片机驱动数码管从而能将所测得的距离值显现出来。语音播报模块WT588D利用串口中断进行当前距离的实时播报。以上便是此次系统设计的重要内容。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题设计目的及意义 1
1.2 国内外研究方向 2
1.3 本课题设计的主要内容 2
2 总体方案 3
2.1 超声波测距系统总结构图 3
2.2 超声波测距原理 4
2.3方案选择 5
3 硬件介绍 7
3.1 AT89S52单片机的功能及特点 7
3.2 语音播报 9
3.3共阳极数码管 11
3.4温度传感器 12
3.5超声波传感器 13
4 硬件电路 15
4.1 Altiumdesigner10 简介 15
4.2 系统硬件设计原理图 15
4.2.1单片机最小系统 16
5硬件调试及实物图 21
5.1硬件调试 21
5.2硬件实物图 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1 课题设计目的及意义
随着社会快速进步，科学检测水平也快速提高，超声波技术在检测技术中运用的愈来愈广泛，当中运用超声波技术测距就是很不错的应用。虽然就当前的快速发展水平，能够充分准确运用的测距检测技术还是相当少，所以，超声波技术一个充满生机、远大光景、发展快速、欣欣向荣的科学技术及发展产业领域。超声波技术常常运用于检测距离大小，这是因为超声波拥有能够按照规定方向传播，能耗量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
相当小，在不同介质中能够传到相当远的距离这些特征。使用超声波检测技术相比于其他检测技术来说，它更加容易快速准确计算，实现及时控制简单易行[1]。为了进一步开发和充分运用超声波，研究者现在成功开发出并生产出了各式各样超声波换能器，并得到了广泛的应用。在腐化、易泄漏液体的深度检测中，人们直接用工具尺测量不仅存在着安全问题而且不利于保护，使用超声波检测可以不直接触摸液体就可以测量出水的深度，这种方法能够很好地处理上述问题。超声波测距在移动机器人视觉方面起到了重要作用，这相当于机器人的眼睛，能够高效测出距离从而躲避障碍物，可以高效地完成繁杂、艰巨的工作[2]。超声波技术在军事上使用愈加成熟，超声波探测仪被安置在战舰上，是因为这样就可以高效准确及时发现到礁石，检测到深海里他国的潜艇所在的深度、以及自身战舰所处海水的深度。运用好超声波测距技术对渔民来说同样密切相关。人们在打捞鱼的时候，利用超声波探测器就可以发射不同方向的超声波，一旦有鱼群的时候，就会反射回来，这样渔民们就可以精确知道鱼的方位，提高了工作效率[3]。在未来，超声波测距技术将趋向自动化、智能化，与各式各样的测距仪相辅相成，形成多远化的测距。随着时间的推移，超声波测距将单一的判断发展多元化单，最终发展到极具创造力。
超声测距是一种具备耐用、环保、高性能、不易坏、可靠等特点的非接触检测技术，较其它仪器更加能适应恶劣环境，适用范围更广，因此超声波测距技术总得来说适用于汽车的防撞系统、机器人判别障碍物、一些工地修建和工业生产过程中所用到的液体的深度测量、水井道深度测量、管道长度测量等场所[4]。现在人们的愈加与富有，路上的车辆也随之变多，因此司机驾车的平安问题也成为社会关注的焦点，车辆事故当中倒车撞车发生最多，比重最大，所以为了解决这一问题，超声波测距技术的使用具有非常深远的意义。通过这一次课题对超声波测距的探索，不仅可以使自己对电路的认识更加深入，而且可以提高自己对单片机应用能力并能将它设计出来的作品准确地使用在实际生活当中。
1.2 国内外研究方向
19世纪末F.Galton第一次成功产生了高频率的波，之后这次实验被人们认为超声波研究的开端[5]。20世纪初，科学家对超声波研究逐渐感兴趣，Langevin能够成功接收频率较低的超声波，而且设想了先进关于能不能运用超声波到潜艇的想法。20世纪中期，有人首次发现超声波检测有缺陷，之后就有人设计出一种弥补超声波检测带来误差的方法。之后的几十年，超声波测距技术得到了迅速发展[6]。
超声波之所以成为众多检测方式的一类，是因为它可以不直接触碰到目标就能完成测距。自然环境中的风、太阳、灰尘等许多因素对它的影响相当小。人们特别重视超声波测距的应用，是由于它能够完成测量时对物体没有伤害。它的频率变化，对超声波速度产生不了多大的影响[7]。对此，国内外研究学者针对超声波测距展开了深入地研究并得到了不错的应用。
在国外，人们对超声波测距技术这一层做了不计其数的研究，就是为了提高对超声波的测距方面的能力，当然国内的也有许多研究者对此做了有关的设计研究。目前，超声波测距一般有三种技术，分别是相位检测、渡越时间检测、声波幅值检测[8]。其中相位检测的虽然精度最高，但测量距离很短，声波幅值检测受介质影响比较严重，渡越时间检测只要测出超声波往返的时间，就可以计算出障碍物的距离，工作方式简单，直观表达。所以当前通常选择渡越时间法作为超声波测距技术的检测方法。因为温度对超声波的速度的影响没有办法忽视不计的，所以本次设计必须选取温度补偿器来校正超声波速度。
1.3 本课题设计的主要内容
超声波是一种除了人的耳朵能听到的声波以外的频率大于20 KHz的机械波。超声波换能器这类设备可以实现发射和回收超声波信号，因此完成检测距离效果。超声波换能器有单一实现发射的发生器和回收信号的接收器，但是一个超声波换能器同时具有两种功能。其中的原理就是根据压电效应的原理，从而可以完成两者之间的相互变化，从而完成发射和回收超声波信号[9]。
本次设计打算选用AT89S52芯片作为整个系统的控制核心，超声波测距模块分为超声波发射模块以及以CX10206A为中心的超声波接收模块，用数码管显示所测得的距离，用WT588D语音广播芯片进行语音播报，蜂鸣器作为报警装置。利用单片机触发系统的发射模块发出40KHz的信号并通过系统的接收模块检测到底有没有信号。如果发现有信号，则超声波接收模块将所接收到的回波信号经过单片机的引脚输出高电平，计算距离的关键时间值就是高电平一直连续输出的时间，在经过超声波测距原理计算公式，计算出距离。其中温度对超声波的速度的影响是不得不考虑在内的，因此一定要针对不一样温度下的超声波进行温度补偿。现在通常人们都会采用DALLAS公司的DS18B20进行测温并举行温度补偿，因为其选用一种与众不同的一条引脚接入单片机方式，使用方便[10]。本次设计利用单片机驱动数码管从而能将所测得的距离值显现出来。语音播报模块WT588D利用串口中断进行当前距离的实时播报。以上便是此次系统设计的重要内容。
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