小型超声波测距仪的实现(附件)【字数：11527】
摘 要超声波测距的主要原理是通过比较发射超声波与接受到的超声波时差，再根据距离与时间的关系得到测量数据。其具有方向性强、能耗低、距离远的优点。因此，将传感器技术与单片机技术相结合，实现超声波测距是非常普遍的。本课题详细介绍了超声波传感器的基本原理，结合STC89C52单片机进行编程控制，设计出了一种可设置报警距离的小型超声波测距仪。该仪器成本低，精度高，并可以用LCD液晶屏显示实时距离和温度。通过对超声波的理论研究和科学的公式计算，分析了该测距仪的不足之处并加以改进。引入了温度补偿系统，大大降低了由温度引起的测量误差。本电路设计程序简洁、反应灵敏、检测速度快，并且可以通过人工干预设置报警范围，具有很强的灵活性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究意义 1
1.2超声波检测技术的研究现状 1
1.3文章的设计内容 2
第二章 小型测距仪的理论研究 3
2.1超声波简介 3
2.1.1超声波的三种状态 3
2.1.2超声波的物理性质 3
2.2超声波测距原理和结构 3
2.3超声波测量主要参数 5
第三章 小型测距仪的电路设计 7
3.1系统设计框图 7
3.2主控芯片电路 7
3.3电源模块部分 8
3.4复位电路部分 9
3.5时钟电路部分 9
3.6超声波检测电路部分 10
3.7报警电路部分 11
3.8温度传感器接口控制 11
3.9本章小结 12
第四章 小型测距仪的软件设计 13
4.1软件开发系统 13
4.2超声波收发程序设计 14
4.3液晶显示程序设计 14
4.4温度检测程序设计 15
4.5通信程序设计 16
第五章 实验部分 18
5.1测距仪实物的检查 18
5.2测距仪的调试结果与误差分析 18
第六章 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
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附 录 24
电路设计原理图 24
系统设计程序 24
第一章 绪论
1.1 本文的研究意义
现如今，单片机技术正在迅速兴起与发展，其具有集成度高，体积小，低功耗，性价比高等多种有点从而使得应用特别广泛。它是普通计算机系统的简化，但在增加外围电路，组成一个系统的情况下，它仍可以同普通计算机一般具有强大的数据处理能力[9]。单片机广泛应用于智能家电，通讯设备，工业控制，门禁管理系统等。其科学的算法极大提高了设备的智能化及处理效率。
同时，超声波作为一种非接触式检测技术，也在社会发展和进步中发挥着越来越重要的作用，应用范围也随之扩大。超声波对色彩、光照度并不敏感，可以适应恶劣的环境，如黑暗、粉尘、强电磁或有毒等。超声波传感器结构简单，体积小，成本低，从而被广泛用于液位测量、建造房屋、开挖油井、车辆导航等各种领域。使用超声波测距，其回波信号检测快捷，方法简易，所以将其与自动控制技术相结合实现一系列生产发展需求将极具现实意义[5]。
1.2 超声波检测技术的研究现状
在上个世纪的五十年代，我国开始研究超声学。从建立分子声学实验室，到在加工、医疗、探测等领域取得优异成绩，再到压电复合材料的研制成功等等，我国的超声波技术发展飞快，如今也已在很多方面走在了世界的前端。
如今超声波技术的使用范围越来越广，然而目前的技术水平还未能达到一定的标准，测距技术的应用还比较有局限性。要说现如今被广泛利用的测距技术除超声波外，还有微波测距、光学测距及核辐射测距等。它们都可在各个领域发挥各自的测距优点。
相比较而言，在非接触测距范畴，超声波检测技术成本低，结构简单，可以不受光线影响。因此，这是一个拥有无限前景的朝阳技术，发展去向及其丰富[2]。从大方向来讲，作为一种新型的能在各种领域拥有用武之地的工具，超声波测距仪在工业生产发展的各个领域都将具有极大的发展空间，虽说目前可能技术有限，更高智能、更高精度的目标，是它前进的方向，也是不断增加的社会进步需求。近年来超声测试技术越来越注重其可操控性和便捷性，并且有向实时自动检测和智能化方向发展的趋势，因此将单片微型计算机控制器和超声波测距系统紧密结合起来成为了目前主要的研究方向。
其原因毋庸置疑主要有以下两点。首先，单片机本身成本不高，具有优异的性能价格比，可以节省许多制作成本。然而现如今很多领域都会大量使用测距系统，其节约部分正好可充分利用于其他方面，这样就大大促进了社会资源的合理分配。其次单片微型控制系统简单易操作并且控制功能强，如今市面上出现的单片机系统，大多满足开发的多样性，程序修改起来也很方便，灵活性可想而知。因此将单片机应用在超声波测距系统上是极好的搭配，也满足了各领域的产品开发需求，资源也得以合理分配[8]。对于现如今智能化趋势的发展现状，超声波测距技术还需要不断被打磨，来满足社会进步的需要。然而其易于解密，安全性有待提高，还有很大发展空间。并且改变延时会受到硬件设置的限制，不能够实现自编程。因此如今的超声波测距技术还没有能够使人们的需求达到饱和，而怎样实现超声波测量技术的更智能化，更实用性，是超声波测量技术今后的发展方向。未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其它的仪器技术相融合，形成诸如图像、视频、语音等多功能式测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯的判断功能发展到具有学习功能甚至人工智能，最终发展到具有创造力[6]。
然而超声波测距在实际应用中也有很多因素影响了超声波测距的精度[11]。首先超声波在空气传播的过程中由于一些特定的因素，使得超声波衰减许多。距离不断变化时，超声波的回波信号会因此受到影响。那么，实际上回波到达超声波接收器的时间，与接收器本身测得的时间将会存在很大的出入，这样的偏差对测距分辨率的影响甚大。当然环境温度、风速等其他因素也会对测量结果造成一定的影响，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义[7]。
1.3 文章的设计内容
本文将从以下几个方面展开研究：
1、通过书籍、文献资料、教学视频，学习超声波的理论知识，包括超声波和超声波传感器的概念，超声波测量的基本原理和测量中的主要参数。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究意义 1
1.2超声波检测技术的研究现状 1
1.3文章的设计内容 2
第二章 小型测距仪的理论研究 3
2.1超声波简介 3
2.1.1超声波的三种状态 3
2.1.2超声波的物理性质 3
2.2超声波测距原理和结构 3
2.3超声波测量主要参数 5
第三章 小型测距仪的电路设计 7
3.1系统设计框图 7
3.2主控芯片电路 7
3.3电源模块部分 8
3.4复位电路部分 9
3.5时钟电路部分 9
3.6超声波检测电路部分 10
3.7报警电路部分 11
3.8温度传感器接口控制 11
3.9本章小结 12
第四章 小型测距仪的软件设计 13
4.1软件开发系统 13
4.2超声波收发程序设计 14
4.3液晶显示程序设计 14
4.4温度检测程序设计 15
4.5通信程序设计 16
第五章 实验部分 18
5.1测距仪实物的检查 18
5.2测距仪的调试结果与误差分析 18
第六章 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
附 录 24
电路设计原理图 24
系统设计程序 24
第一章 绪论
1.1 本文的研究意义
现如今，单片机技术正在迅速兴起与发展，其具有集成度高，体积小，低功耗，性价比高等多种有点从而使得应用特别广泛。它是普通计算机系统的简化，但在增加外围电路，组成一个系统的情况下，它仍可以同普通计算机一般具有强大的数据处理能力[9]。单片机广泛应用于智能家电，通讯设备，工业控制，门禁管理系统等。其科学的算法极大提高了设备的智能化及处理效率。
同时，超声波作为一种非接触式检测技术，也在社会发展和进步中发挥着越来越重要的作用，应用范围也随之扩大。超声波对色彩、光照度并不敏感，可以适应恶劣的环境，如黑暗、粉尘、强电磁或有毒等。超声波传感器结构简单，体积小，成本低，从而被广泛用于液位测量、建造房屋、开挖油井、车辆导航等各种领域。使用超声波测距，其回波信号检测快捷，方法简易，所以将其与自动控制技术相结合实现一系列生产发展需求将极具现实意义[5]。
1.2 超声波检测技术的研究现状
在上个世纪的五十年代，我国开始研究超声学。从建立分子声学实验室，到在加工、医疗、探测等领域取得优异成绩，再到压电复合材料的研制成功等等，我国的超声波技术发展飞快，如今也已在很多方面走在了世界的前端。
如今超声波技术的使用范围越来越广，然而目前的技术水平还未能达到一定的标准，测距技术的应用还比较有局限性。要说现如今被广泛利用的测距技术除超声波外，还有微波测距、光学测距及核辐射测距等。它们都可在各个领域发挥各自的测距优点。
相比较而言，在非接触测距范畴，超声波检测技术成本低，结构简单，可以不受光线影响。因此，这是一个拥有无限前景的朝阳技术，发展去向及其丰富[2]。从大方向来讲，作为一种新型的能在各种领域拥有用武之地的工具，超声波测距仪在工业生产发展的各个领域都将具有极大的发展空间，虽说目前可能技术有限，更高智能、更高精度的目标，是它前进的方向，也是不断增加的社会进步需求。近年来超声测试技术越来越注重其可操控性和便捷性，并且有向实时自动检测和智能化方向发展的趋势，因此将单片微型计算机控制器和超声波测距系统紧密结合起来成为了目前主要的研究方向。
其原因毋庸置疑主要有以下两点。首先，单片机本身成本不高，具有优异的性能价格比，可以节省许多制作成本。然而现如今很多领域都会大量使用测距系统，其节约部分正好可充分利用于其他方面，这样就大大促进了社会资源的合理分配。其次单片微型控制系统简单易操作并且控制功能强，如今市面上出现的单片机系统，大多满足开发的多样性，程序修改起来也很方便，灵活性可想而知。因此将单片机应用在超声波测距系统上是极好的搭配，也满足了各领域的产品开发需求，资源也得以合理分配[8]。对于现如今智能化趋势的发展现状，超声波测距技术还需要不断被打磨，来满足社会进步的需要。然而其易于解密，安全性有待提高，还有很大发展空间。并且改变延时会受到硬件设置的限制，不能够实现自编程。因此如今的超声波测距技术还没有能够使人们的需求达到饱和，而怎样实现超声波测量技术的更智能化，更实用性，是超声波测量技术今后的发展方向。未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其它的仪器技术相融合，形成诸如图像、视频、语音等多功能式测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯的判断功能发展到具有学习功能甚至人工智能，最终发展到具有创造力[6]。
然而超声波测距在实际应用中也有很多因素影响了超声波测距的精度[11]。首先超声波在空气传播的过程中由于一些特定的因素，使得超声波衰减许多。距离不断变化时，超声波的回波信号会因此受到影响。那么，实际上回波到达超声波接收器的时间，与接收器本身测得的时间将会存在很大的出入，这样的偏差对测距分辨率的影响甚大。当然环境温度、风速等其他因素也会对测量结果造成一定的影响，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义[7]。
1.3 文章的设计内容
本文将从以下几个方面展开研究：
1、通过书籍、文献资料、教学视频，学习超声波的理论知识，包括超声波和超声波传感器的概念，超声波测量的基本原理和测量中的主要参数。
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