数字式超声波水位检测仪(附件)【字数：6794】
【摘 要】超声波是属于机械波的范畴，是超出人类耳朵所能听见的范围，它是一种特殊的声波，其声源同样也是来自于机械振动并且振动频率在50kHz以上。同时超声波遵循一般的机械波的特性，在弹性介质中传输的规律也大致相同。本文主要设计了利用超声波在空气中传播的特性，通过发射器、传播介质、反射介质、接收器等构成一个测距结构。整个系统由软件和硬件两部分组成。硬件部分主要由超声波收发电路、复位电路、单片机最小系统电路声光报警、温度感应电路等组成。其中低成本、高性比的STC89C52单片机硬件电路的核心。软件部分主要各个子程序模块组成，由主程序支配各个子程序完成，本次设计结合温度模块实现温度补偿，使得测距精度更高。由温度感应子程序、超声波测距子程序、显示子程序、报警子程序等各个自称组成，由主程序实现各个任务的控制。硬件和软件的联合调试，完善了整个超声波测距仪系统。
目 录
一、引言 1
（一）设计研究的背景意义 1
（二）设计内容 1
二、 超声波系统的工作原理 1
（一）超声波传感器 1
（二）超声波测距方案 1
三、系统硬件设计 3
（一）设计功能的实现 3
（二）设计思路 3
（三）硬件系统框图 3
（四）主控制电路 4
（五）超声波电路 6
（六）液晶1602显示电路 7
（七）键盘输入电路 8
（八）声光报警模块电路 8
（九）温度检测模块电路 9
四、系统软件设计 10
（一）系统主程序设计 10
（二）超声波模块程序设计 11
（三）液晶1602程序设计 12
（四）键盘设定程序设计 13
（五）温度采集程序设计 14
五、系统调试 15
（一）软件调试 15
（二）系统调试 16
（三）实物测试 16
（四）结果测试 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 实物图 21
附录二 总电路图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 附录三 源程序 23
一、引言
（一） 设计研究的背景意义
超声波测距是一种很实用的方法。它方便，没什么干扰问题，具有自适应能力，成本低，结构简单，使用和开发非常方便。由于超声波传播发展速度相对适中，其传播的时间也方便学生计算结果出来。
超声波是一种真实存在的波，它的传播速度相比较光速还不到其千分之一，所以在传输过程中由于超声波传播速度缓慢很容易被检测和捕获，可以被障碍物反射回来。由于其传播具有方向性和可控性，因此应用广泛。现如今在很多领域都具有良好的前景。
（二）设计的内容
本设计采用52单片机技术为主芯片, 利用超声波传感器，可以测量物体与前方障碍物之间的距离的同时把所有的信息通过显示屏显现出来。通过利用温度补偿来提高精度，并根据情况设置临界值。当小于临界值时，便会发出报警声光，提醒距离缩小。同时依据报警警示，判断是否在正常的工作区域中。通过超声波的传播速度，只需要测量往返时间，就可以计算出距离。
二、超声波系统的工作原理
（一）超声波传感器
超声波传感器是利用声波具有反射的特点，就是利用这个特点达到测量距离的目的。其只需使用简单的程序进行控制下，就可以对声波进行产生、发出和接收。在声波传输的过程中，主要是声波和电信号之间的转换，而电信号是由控制器处理的。传输或接收声波模型时都会通过转换成电信号来实现。
对于超声波传感器的好处进行总结，主要有以下几个方面：
（1）测量结果精度高，测距方式不需要接触，十分方便；
（2）数据计算简单；
（3）覆盖性强，对于大范围的覆盖很少的传感器就可以实现。
（二）超声波测距方案
超声波探测是利用超声波的外部特征信号，类似于声纳设备等。本文的超声波测距方法类似，有多种方法，如相位检测法通过计算声波之间的相位差来计算距离，振幅检测法通过计算声波的振幅和频率来计算距离，往返时间检测法是本设计的关键方法。超声波源由发射模块发出，超声波源由接收模块接收，通过计算将两者之间的时间分为两段，由于声波的传播时间是固定的，可以根据时间计算出实际距离。原理图如图31所示。
图21往返时间测距法原理图解
因为超声波在传输过程中遇到障碍物时会被反射回来，所以我们认为他是一种垂直波，而一列正常的声波产生的这种效应我们称之为回声。超声波虽然摸不到、听不见，但是也具有自己的特性。例如在传播速度方面声波会根据不同温度而变化。而测量的一个周期是从声波发射开始，先经过介质传播，然后在障碍物的阻碍下使其反射回原来的方向，最后由企业的接受装置接收到信号为止。在这个过程中，声波的传播速度已知，而时间通过计算也可以得出，已知速度和时间就可以得出实际距离。
在15℃的室内温度下，超声波的传播速度为340m/s，但是温度在通常情况下都是不静止的，所以将其设计成温度补偿。因此，声波的传播速度就可以通过温度进行计算。具体的计算公式如下：
d= (331.5+0.607*温度)*q(s)/,m
由于从声波到回波所需的时间是实际距离的两倍，因此实际距离除以2应该是 d/2。
三、系统硬件设计
（一）设计功能的实现
1、能实时测量距离。当距离小于一定值时，给出声光报警提示。
2、具有显示功能，精确到厘米。
3、可以调节报警距离。
4、实现温度补偿，提高测量精度。
（二）设计思路
本设计的主要是利用声波传感器测距，最后再阐述其原理，本章主要介绍了硬件原理，本款超声波测距仪是基于52单芯片控制中心，控制中心控制各模块的部署工作。通过温度传感器采集温度进行温度补偿计算声速，超声波信号的收发是利用一款收发一体的模块，用来实现超声波信号检测，通过单片机程序控制。显示屏显示距离，LED和蜂鸣器组成声光报警。
（三）硬件系统框图
该设计的硬件部分主要包括以下几个模块: 超声波模块、单片机最小系统、键盘模块、1602液晶显示模块等，这些功能模板就构成了系统的主要成分，而复位和时钟电路两部分组成了单片机的最小系统。其硬件系统结构具体如下图31所示。
目 录
一、引言 1
（一）设计研究的背景意义 1
（二）设计内容 1
二、 超声波系统的工作原理 1
（一）超声波传感器 1
（二）超声波测距方案 1
三、系统硬件设计 3
（一）设计功能的实现 3
（二）设计思路 3
（三）硬件系统框图 3
（四）主控制电路 4
（五）超声波电路 6
（六）液晶1602显示电路 7
（七）键盘输入电路 8
（八）声光报警模块电路 8
（九）温度检测模块电路 9
四、系统软件设计 10
（一）系统主程序设计 10
（二）超声波模块程序设计 11
（三）液晶1602程序设计 12
（四）键盘设定程序设计 13
（五）温度采集程序设计 14
五、系统调试 15
（一）软件调试 15
（二）系统调试 16
（三）实物测试 16
（四）结果测试 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 实物图 21
附录二 总电路图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 附录三 源程序 23
一、引言
（一） 设计研究的背景意义
超声波测距是一种很实用的方法。它方便，没什么干扰问题，具有自适应能力，成本低，结构简单，使用和开发非常方便。由于超声波传播发展速度相对适中，其传播的时间也方便学生计算结果出来。
超声波是一种真实存在的波，它的传播速度相比较光速还不到其千分之一，所以在传输过程中由于超声波传播速度缓慢很容易被检测和捕获，可以被障碍物反射回来。由于其传播具有方向性和可控性，因此应用广泛。现如今在很多领域都具有良好的前景。
（二）设计的内容
本设计采用52单片机技术为主芯片, 利用超声波传感器，可以测量物体与前方障碍物之间的距离的同时把所有的信息通过显示屏显现出来。通过利用温度补偿来提高精度，并根据情况设置临界值。当小于临界值时，便会发出报警声光，提醒距离缩小。同时依据报警警示，判断是否在正常的工作区域中。通过超声波的传播速度，只需要测量往返时间，就可以计算出距离。
二、超声波系统的工作原理
（一）超声波传感器
超声波传感器是利用声波具有反射的特点，就是利用这个特点达到测量距离的目的。其只需使用简单的程序进行控制下，就可以对声波进行产生、发出和接收。在声波传输的过程中，主要是声波和电信号之间的转换，而电信号是由控制器处理的。传输或接收声波模型时都会通过转换成电信号来实现。
对于超声波传感器的好处进行总结，主要有以下几个方面：
（1）测量结果精度高，测距方式不需要接触，十分方便；
（2）数据计算简单；
（3）覆盖性强，对于大范围的覆盖很少的传感器就可以实现。
（二）超声波测距方案
超声波探测是利用超声波的外部特征信号，类似于声纳设备等。本文的超声波测距方法类似，有多种方法，如相位检测法通过计算声波之间的相位差来计算距离，振幅检测法通过计算声波的振幅和频率来计算距离，往返时间检测法是本设计的关键方法。超声波源由发射模块发出，超声波源由接收模块接收，通过计算将两者之间的时间分为两段，由于声波的传播时间是固定的，可以根据时间计算出实际距离。原理图如图31所示。
图21往返时间测距法原理图解
因为超声波在传输过程中遇到障碍物时会被反射回来，所以我们认为他是一种垂直波，而一列正常的声波产生的这种效应我们称之为回声。超声波虽然摸不到、听不见，但是也具有自己的特性。例如在传播速度方面声波会根据不同温度而变化。而测量的一个周期是从声波发射开始，先经过介质传播，然后在障碍物的阻碍下使其反射回原来的方向，最后由企业的接受装置接收到信号为止。在这个过程中，声波的传播速度已知，而时间通过计算也可以得出，已知速度和时间就可以得出实际距离。
在15℃的室内温度下，超声波的传播速度为340m/s，但是温度在通常情况下都是不静止的，所以将其设计成温度补偿。因此，声波的传播速度就可以通过温度进行计算。具体的计算公式如下：
d= (331.5+0.607*温度)*q(s)/,m
由于从声波到回波所需的时间是实际距离的两倍，因此实际距离除以2应该是 d/2。
三、系统硬件设计
（一）设计功能的实现
1、能实时测量距离。当距离小于一定值时，给出声光报警提示。
2、具有显示功能，精确到厘米。
3、可以调节报警距离。
4、实现温度补偿，提高测量精度。
（二）设计思路
本设计的主要是利用声波传感器测距，最后再阐述其原理，本章主要介绍了硬件原理，本款超声波测距仪是基于52单芯片控制中心，控制中心控制各模块的部署工作。通过温度传感器采集温度进行温度补偿计算声速，超声波信号的收发是利用一款收发一体的模块，用来实现超声波信号检测，通过单片机程序控制。显示屏显示距离，LED和蜂鸣器组成声光报警。
（三）硬件系统框图
该设计的硬件部分主要包括以下几个模块: 超声波模块、单片机最小系统、键盘模块、1602液晶显示模块等，这些功能模板就构成了系统的主要成分，而复位和时钟电路两部分组成了单片机的最小系统。其硬件系统结构具体如下图31所示。
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