超声波测距装置和设计论文
超声波测距仪设计论文毕业论文
超声波测距仪设计论文毕业论文目录前言.............................................. 错误!未定义书签。
第一章超声波测距系统工作原理 (3)第一节超声波概述 (3)第二节超声波传感器简介 (4)一、压电式超声波传感器 (4)第三节超声波传感器原理 (6)一、测距原理 (6)二、超声波测量中盲区及近限和远限 (6)三、提高测距仪的措施 (7)第四节超声波测距仪系统设计 (8)一、论文设计容 (8)二、硬件设计容 (8)第五节本章小结 (9)第二章系统硬件设计 (10)第一节电路原理设计 (10)一、设计总体思路 (10)第二节主要元器件介绍 (10)一、单片机STC89C52 (10)二、超声波传感器HC-SR04 (12)三、显示电路LCD1602 (14)四、按键电路 (21)五、下载电路 (21)第三节本章小结 (22)第三章系统软件设计 (24)第一节软件设计总体方案 (24)一、主程序设计总体思路 (24)二、测距子程序软件设计 (25)三、显示程序设计 (26)四、按键程序设计 (28)第二节本章小结 (30)第四章超声波测距的误差分析 (31)第一节超声波测距测量结果 (31)一、测量结果 (31)二、误差分析 (31)第二节本章小结 (33)结论.............................................. 错误!未定义书签。
致谢.............................................. 错误!未定义书签。
参考文献.. (34)附录 (35)一、英文原文 (35)二、英文翻译 (41)三、电路图 (46)四、源程序 (47)第一章超声波测距系统工作原理第一节超声波概述声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。
在科学史上，声学是发展最早的学科之一。
超声波测距-毕业设计论文完整版.doc
摘要随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。
在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声测距技术的研究和开发具有实际意义。
本文介绍了一种利用超声波测距的系统，该系统是一种基于STC12C2052 单片机的超声波测距系统，它根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为检测部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。
该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。
通过单片机的I/O口控制超声波发射电路发出40KHz的超声波，反射波经由超声波检测接收电路、放大电路送入单片机外部中断端，通过计算超声波的发射和返回的时间，确定超声波发生器和反射物体之间的距离，完成测距。
该系统可实现4米内测距，盲区20厘米。
关键词：超声波；测距；单片机AbstractWith the development of society, the demand on the measurement of distance or length is increasing. It is applied widely by ultrasonic to measure distance,such as cars reversing radar，range finder and level measurement and so on.Because of the strong point of ultrasonic, low energy consumption,long distance transporting in media, thus it is practical and significant to measure distance by ultrasonic.In this paper ,it introduces a system to measure distance by ultrasonic,which is based on the STC12C2052.The theory is based on the principles of reflection of ultrasonic spreading in the air. The system uses ultrasonic sensors as a detector, and applies MCU and the time difference of ultrosonic spreading in the air to measure the distance. The system consists of the main controller module, ultrasonic transmitter module, ultrasonic receiver module and display module. The MCU I / O port controls ultrasonic transmitter to send 40 KHz ultrasonic, and the reflecting singal is received by the ultrasonic receiver circuit, and it is amplified,and finally,it starts the interruptor of the MCU.The MCU calculates the time of launch and return of ultrasonic to get the disctance between the ultrasonic generator and the reflective objects. The range of measurement is within four meters,with the blind spot of 20 cm。
超声波测距系统(论文设计)正文、结论、参考文献等
1 绪论1.1 超声波技术的广泛应用超声的研究和发展，与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。
1883年Galton 首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。
此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。
由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今仍广泛地用于超声处理技术中。
20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。
1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。
随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器。
材料科学的发展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体发展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜(PVDF)[1]等。
产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。
产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。
如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。
利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。
由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。
超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。
它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量[2]等。
超声波测距仪论文
第一章导言1.1项目设计的目的和意义设计的目的随着科学技术的飞速发展，超声波将广泛应用于测距仪中。
母丹在技术层面之前，人们可以利用的测距技术还是很有限的。
所以这是一个正在蓬勃发展，前景无限的技术和产业领域。
展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要和有用的工具，在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着定位和精度更高的方向发展，以满足日益增长的社会需求。
比如声纳的发展趋势基本是:发展定位精度更高的被动测距声纳，以满足水下武器全隐蔽攻击的需要；继续发展低频线谱探测的潜艇拖曳线列阵声呐，实现超远程被动探测识别；发展更适合浅水的潜艇声纳，特别是解决浅水中的目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳工作环境。
毫无疑问，未来的超声波测距仪将与自动化和智能化融为一体，并与其他测距仪集成在一起，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪会从简单的判断功能发展到学习功能，最后发展到创造力。
在新世纪，新型测距仪将发挥更大的作用。
1.1.2设计的意义超声波测距系统主要应用于汽车倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑工地以及一些工业现场如液位、井深、管道长度等。
因此，研究超声波测距系统的原理具有重要的现实意义。
本课题的研究和设计可以进一步提高电路设计水平，加深对单片机的理解和应用。
1.2超声波测距仪的设计思路超声波测距的原理发射器发射的超声波以速度υ在空气中传播，到达被测物体时被反射并返回，被接收器接收。
它的往返时间为t，被测物体的距离可由s=vt/2算出。
由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。
下表列出了几种不同温度下的声速。
使用时，如果温度变化不大，可以认为声速基本不变。
如果测距精度很高，就要进行温度补偿修正。
表1-1超声波速度与温度的关系 温度(℃) -30 -20 -10 0 10 20 30 100声速(米/秒) 313 319 325 323 338 344 349 3861.2.2超声波测距仪的原理框图如下单片机发出40kHZ 的信号，经超声波发射器放大后输出。
超声波测距设计毕业设计
超声波测距设计毕业设计一、引言距离测量在许多领域都具有重要的应用，如工业自动化、机器人导航、汽车防撞等。
超声波测距作为一种非接触式的测量方法，具有测量精度高、响应速度快、成本低等优点，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
本次毕业设计旨在设计一种基于超声波的测距系统，实现对目标物体距离的准确测量。
二、超声波测距原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，其在空气中的传播速度约为 340m/s。
超声波测距的原理是通过发射超声波脉冲，并测量其从发射到接收的时间间隔，然后根据声速和时间间隔计算出目标物体与传感器之间的距离。
假设发射超声波脉冲的时刻为 t1，接收到回波的时刻为 t2，声速为c，距离为 d，则距离 d 可以通过以下公式计算：d ＝ c ×（t2 t1) ／ 2三、系统硬件设计（一）超声波发射模块超声波发射模块主要由超声波换能器和驱动电路组成。
超声波换能器将电信号转换为超声波信号发射出去，驱动电路则提供足够的功率和电压来驱动换能器工作。
（二）超声波接收模块超声波接收模块主要由超声波换能器、前置放大器、带通滤波器和比较器组成。
换能器将接收到的超声波信号转换为电信号，前置放大器对信号进行放大，带通滤波器去除噪声和干扰，比较器将信号整形为方波信号。
（三）控制与处理模块控制与处理模块采用单片机作为核心，负责控制超声波的发射和接收，测量时间间隔，并计算距离。
同时，单片机还可以将测量结果通过显示模块进行显示，或者通过通信模块与上位机进行通信。
（四）显示模块显示模块用于显示测量结果，可以采用液晶显示屏（LCD）或数码管。
（五）电源模块电源模块为整个系统提供稳定的电源，包括 5V 和 33V 等不同的电压等级。
四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机的初始化、定时器的初始化、端口的初始化等。
然后进入主循环，不断地发射超声波脉冲，并等待接收回波。
当接收到回波后，计算距离，并进行显示或通信。
超声波测距仪的设计毕业论文设计
摘要随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。
还有在很多要时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。
于是，一种新的测距方法诞生了——非接触测距。
超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。
而且超声波传播速度在相当大围与频率无关。
超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。
目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体气孔大小的检测和机械部损伤的检测等。
在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。
此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。
随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。
目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。
与其他测距方法相比较，超声测距具有下面的优点：（1）超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。
（2）超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。
（3）超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。
因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。
关键词：超声波；测距；电子电路AbstractWith the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method can't finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional method is also difficult to perform a complete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people.At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material science, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in.Along with the computer technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is becoming more and more important Compared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages:(1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identifytransparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body).(2) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and can be used in the dark, dust or smoke, electromagnetic interference is strong, such as toxic bad environment.(3) ultrasonic sensor simple structure, small volume, low cost, technical difficulties small, information processing, simple and reliable easy to miniaturization and integration. Performance optimization; Performance simulation; Automatic exchange optical networkKey Words:Ultrasonic；ranging；electronic circuit目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景及设计意义 (1)1.2 本课题研究的主要容 (2)第2章系统方案论证 (4)2.1 超声波测距仪的设计原理 (4)2.2 超声波测距技术选型 (4)2.3 控制器选型 (6)2.3.1 单片机选型 (7)2.3.2 AT89S51主要性能参数及功能 (8)2.4 超声波发生器选型 (8)2.5 超声波接收传感器选型 (9)2.6 显示单元选型 (9)2.7 语音播报电路选型 (10)2.8 温度传感器的选型 (10)第3章系统的硬件结构设计 (12)3.1 单片机最小系统 (12)3.2 超声波发射电路 (13)3.3 超声波检测接收电路 (15)3.4 显示单元电路 (16)3.5 语音播报电路 (18)3.6 电源电路设计 (20)第4章系统的软件设计 (22)4.1 超声波测距仪的算法分析 (22)4.2 主程序流程图 (22)4.3 超声波发生子程序和超声波接收程序 (24)第5章系统调试仿真 (26)5.1 PROTEUS软件简介 (26)5.2 仿真调试结果 (27)第6章总结与展望 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录程序清单 (32)第1章绪论利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。
(完整版)超声波测距仪学士毕业设计
超声波测距仪毕业论文中文摘要电子测距仪要求测量范围在50cm~500cm，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。
如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。
因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
我的超声波测距仪设计采用74hc04反相器和CX20106搭接电路实现了超声波的发射与接收。
采用AT89C51单片机为该测距仪的控制核心，此设计易于调试，成本低廉，具有很强的实用价值和良好的市场前景。
关键词：超声波传感器，单片机，测距仪ABSTRACTElectronic distance measurement instrument for measurement in the range of 20cm-2.5m, precision 1cm, with the measurement of the measured object without direct contact, can clearly demonstrate the stability of the measurement results. Because of the strong point of ultrasonic energy consumption, slow, medium of communication in the longer distance, which are often used for ultrasonic distance measurement. Such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by ultrasound. Ultrasonic ranging, can be applied to car parking, construction sites and some industrial site location monitoring, and can also be used for liquid level, depth, pipe length measurement occasions. Use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient, simple, easy to achieve real-time control, and measurement accuracy can meet the practical requirements of industry. In the mobile robot has been developed on a wide range of applications. My car anti-collision anti-theft alarm system design using 74hc04inverter and CX20106lap circuit to realize the ultrasonic transmitter and receiver. Using AT89C51 SCM as the control core of the range finder, this design easy debugging, low cost, has the very strong practical value and good market prospects. Key words: ultrasonic sensor, single chip microcomputer, range finder,目录第一章绪论 .............................................................................................................................................. - 1 - 1.1 设计项目概述 ..................................................................................................................................... - 1 - 1.2 设计要求 ............................................................................................................................................. - 1 - 1.3 超声波测距原理 ................................................................................................................................. - 1 - 第二章超声波测距仪的内容及意义 ...................................................................................................... - 3 - 2.1 超声波测距仪的意义 ......................................................................................................................... - 3 - 2.2超声波测距仪的内容 .......................................................................................................................... - 3 - 第三章系统方案选择 .............................................................................................................................. - 3 - 3.1 方案一 ................................................................................................................................................. - 4 - 3.2 方案二 ................................................................................................................................................. - 4 - 3.3 方案确定 ............................................................................................................................................. - 4 - 第四章系统硬件电路设计 ...................................................................................................................... - 4 - 4.1单片机模块 .......................................................................................................................................... - 4 -4.1.1 AT89C51标准功能 .................................................................................................................. - 5 -4.1.2管脚说明................................................................................................................................... - 6 - 4.2超声波谐振频率调理电路模块 .......................................................................................................... - 7 - 4.3超声波回路接收处理电路模块 .......................................................................................................... - 8 - 4.4数码管显示模块 .................................................................................................................................. - 8 - 第五章系统软件程序设计 ...................................................................................................................... - 9 -5.1 超声波测距程序设计 ......................................................................................................................... - 9 - 5.2 超声波测距流程图 ........................................................................................................................... - 10 - 第六章系统软硬件调试 ........................................................................................................................ - 10 -6.1 硬件调试 ........................................................................................................................................... - 10 - 6.2 软件调试 ........................................................................................................................................... - 11 - 6.3 测试结果 ........................................................................................................................................... - 11 - 第七章调试中遇到的问题 .................................................................................................................... - 11 -7.1 发射接收时间对测量精度的影响分析 ........................................................................................... - 11 - 7.2 当地声速对测量精度的影响分析 ................................................................................................... - 12 - 总结 ........................................................................................................................................................ - 13 - 参考文献 .................................................................................................................................................. - 14 -附录A ....................................................................................................................................................... - 0 - 附录B ........................................................................................................................................................ - 0 - 致谢 ........................................................................................................................................................ - 6 -第一章绪论声波在其传播介质中被定义为纵波。
基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业论文
基于单片机的超声波测距仪的设计与实现中文摘要本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。
我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。
单片机控制超声波的发射。
然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。
在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。
超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。
关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警Design and Realization of ultrasonic range finder basedABSTRACTThe design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refreshAT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm.Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm目录第一章前言 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.1.1超声波特性 (1)1.1.2超声波测距 (2)1.2 超声波模块基本介绍 (3)1.2.1 超声波的电器特性 (3)1.2.2 超声波的工作原理 (5)1．3主要研究内容和关键问题 (6)第二章方案总体设计 (7)2.1 超声波测距仪功能 (7)2.2设计要求 (8)2.3系统基本方案 (9)2.3.1方案比较 (9)2.3.2方案汇总 (11)第三章系统硬件设计 (13)3.1 单片机最小系统 (13)3.2 超声波测距模块 (13)3.3 显示模块 (15)3.4温度补偿电路 (15)3.5 蜂鸣报警电路 (16)第四章系统软件设计 (17)4.1 A T89C52程序流程图 (17)4.2 计算距离程序流程图 (19)4.3 报警电路程序流程图 (19)4.4 超声波回波接收程序流程图 (20)第五章系统的调试与测试 (21)5.1 安装 (21)5.2 系统的调试 (21)第六章总结 (23)参考文献 (24)致谢.............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
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Abstract ............................................ 错误!未定义书签。
第一章绪论 (1)1.1 课题设计目的及意义 (1)1.1.1设计的目的 (1)1.1.2设计的意义 (1)1.2国内外研究动态 (1)1.3课题研究的主要内容 (2)第二章总体方案 (3)2.1 方案选择 (3)2.2超声波测距仪的设计思路 (3)2.2.1 超声波测距原理 (3)2.2.2 超声波测距原理框图 (3)2.3元器件选择 (4)第三章系统的硬件结构设计 (5)3.1 STC89C52单片机的功能及特点 (5)3.2 单片机最小系统 (8)3.3 超声波测距模块 (9)3.3.1 HC-SR04实物图 (9)3.3.2主要技术参数 (9)3.3.3 HC-SR04工作原理 (10)3.4超声波发射电路 (10)3.5 超声波接收电路 (11)3.6 DSB18B20温度传感器 (12)3.6.1 实物与引脚定义 (12)3.6.2 DS18B20主要特性 (13)3.7语音播报模块 (13)3.8显示单元 (15)第四章系统的软件设计 (17)4.1 超声波测距的算法设计 (17)4.2 主程序流程图 (17)4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (18)4.4 语音模块子程序 (20)第五章温度补偿 (20)5.1 设计方案 (22)5.2硬件设计 (23)5.2.1温度采集电路 (23)5.3软件设计 (24)5.3.1温度采集 (24)5.3.2温度补偿设计及距离计算 (28)第六章总结 (30)致谢 (31)参考资料 (32)附录一实物图 (33)附录二原理图 (34)附录三源程序 (35)第一章绪论1.1 课题设计目的及意义1.1.1设计的目的由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰等恶劣环境有一定的适应能力。
超声波测距系统的设计毕设论文
摘要论文的内容是基于AT89C51单片机超声波测距系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体。
该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。
论文概述了超声波测距的发展及基本原理，对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。
通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。
对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。
论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。
该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块设计、超声波接收模块、报警模块和显示模块等五个模块构成。
这套系统抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。
关键字：单片机、超声波、传感器、LED、测距AbstractThe paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51 monolithic integrated circuit. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics.The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function.This system mainly by master control module design, ultrasonic launching module design, ultrasonic receiving module, alarm module and display module five module. The system hardware and software design is reasonable, anti-jamming ability, good real-time performance, after system extension and upgrade, can be widely used in industrial production, medical examination, the daily life, the robots, automatic operation of the automatic lead car, robots, level gauge, etc.Keywords: SCM、Ultrasonic、Sensor、LED、Ranging目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章引言 .. (1)1.1 选题背景 (1)1.2 设计意义 (2)1.3 近年来国内外发展状况 (2)1.3.1 超声波测距系统在国外的发展 (2)1.3.2 超声波测距系统在我国的发展 (3)第二章系统构成及工作原理 (5)2.1 超声波简介与应用 (5)2.2 系统的设计思路 (6)2.3 系统的工作原理 (7)第三章系统硬件电路设计 (9)3.1 单片机的选择 (9)3.2 超声波测距发射电路方案选择与设计 (13)3.2.1发射电路方案选择与论证 (13)3.2.2发射电路方案的设计 (13)3.2.3反相器74LS04简介 (14)3.3超声波测距接收电路方案的选择与设计 (14)3.3.1接收电路方案的选择与论证 (14)3.3.2接收电路的设计 (15)3.4 显示模块方案的选择与设计 (18)3.4.1 显示模块方案选择与论证 (18)3.4.2 显示模块的设计 (19)3.4.3 LED数码管简介 (19)3.5报警模块的设计 (20)3.6时钟电路的设计 (22)3.7复位电路的设计 (23)第四章软件系统的设计 (24)4.1软件设计分析 (24)4.2系统软件设计 (24)4.2.1 主程序 (25)4.2.2 超声波产生子程序 (26)4.2.3 数据读取和储存 (27)4.2.4 延时子程序 (28)4.2.5 显示子程序 (28)第五章结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录一电路图 (35)附录二程序 (36)第一章引言1.1 选题背景随着科技发展的不断进步，自动测量技术不断更新，非接触式测量技术也有了长足的发展。
基于单片机的超声波测距仪的设计毕业设计论文
摘要超声波具有很强的指向性，消耗能量缓慢，距离传播较远等优点，所以，在利用自动化控制技术和传感器应用技术相结合的测距方案中，利用超声波专有特性测距是目前最普遍的一种方式，它被广泛地应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
本论文详细的介绍了超声波传感器的原理及特性，并且介绍了Atmel公司的AT89C52单片机的性能与特点，且在分析了超声波测距原理的基础上，指出了本次方案的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C52单片机为核心，LCD显示电路，硬件制作和软件设计为一体的设计方案。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
关键字：超声波测距；单片机；测距；AT89C52；LED显示屏AbstractUltras onic wave has strong poin ti ng to n ature ,slowly en ergy con sumpti on ,propagat ing dista nce farther ,so, in utiliz ing the scheme of dista nce finding that sen sor tech no logy and automatic con trol tech no logy comb ine together ,ultras onic wave finds range to use the most gen eral one at prese nt ,it applies to guard aga inst theft , move backward the radar , water level measuri ng , buildi ng con structi on site and some in dustrial sce nes exte nsivel聞. 創沟燴鐺險爱氇谴净。
This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performa nce and characteristic of on e-chip computer AT89C52 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thi nking and questi ons n eeded to con sider that have poin ted out that desig ns and finds range .Given the AT89C52, LCD display circuit, the hardware and the software desig n productio n残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
超声波测距毕业设计论文
超声波测距毕业设计论文超声波测距毕业设计论文引言：在现代科技的推动下，各种测距技术得到了广泛的应用，其中超声波测距技术因其高精度、非接触等特点而备受关注。
本文将探讨超声波测距技术在毕业设计中的应用，并对其原理、方法和实验结果进行详细介绍。
一、超声波测距的原理超声波测距是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度与介质的密度和弹性有关。
在超声波测距中，通常使用超声波发射器发射一束超声波，经过被测物体后，超声波被接收器接收到。
通过测量超声波的传播时间，即可计算出被测物体与发射器的距离。
二、超声波测距的方法1. 时间差法时间差法是最常用的超声波测距方法之一。
该方法通过计算超声波从发射器到接收器的传播时间差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波后，接收器开始计时，当接收到超声波信号后停止计时。
通过测量计时器的数值，可以得到超声波的传播时间，从而计算出距离。
2. 相位差法相位差法是另一种常用的超声波测距方法。
该方法通过测量超声波在传播过程中的相位差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波信号，在接收器接收到超声波信号后，通过计算超声波信号的相位差，可以计算出距离。
三、超声波测距的应用超声波测距技术在工业、医疗、安防等领域都有广泛的应用。
1. 工业领域在工业领域，超声波测距技术可用于测量物体的距离、厚度、速度等参数。
例如，可以用于测量液体中的液位，以便控制液体的供应和排放；还可以用于测量物体的厚度，以便判断物体是否合格。
2. 医疗领域在医疗领域，超声波测距技术被广泛应用于超声诊断。
通过超声波的反射和传播时间，可以获取人体内部组织和器官的图像，从而实现对疾病的诊断和治疗。
3. 安防领域在安防领域，超声波测距技术可用于人体检测和距离测量。
例如，可以用于人体检测门的设计，以便实现对人员进出的自动控制；还可以用于测量人员与设备之间的距离，以便实现对人员的安全保护。
高精度超声波测距仪的设计和实现_毕业论文.
编号南京航空航天大学毕业设计题目高精度超声波测距仪的设计和实现学生姓名周洋学号080520220 学院理学院专业应用物理学班级0807201 指导教师许凌云讲师二〇一一年六月南京航空航天大学本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目: 超声波测距仪的设计和实现)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果｡尽本人所知,除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品｡作者签名: 年月日(学号):超声波测距仪的设计和实现摘要超声波是指频率在20kHz以上的声波,它属于机械波的范畴｡超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律,如在介质的分界面处发生反射和折射现象,在进入介质后被介质吸收而发生衰减等｡正是因为具有这些性质,使得超声波可以用于距离的测量中｡随着科技水平的不断提高,超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中｡系统的设计主要包括两部分,即硬件电路和软件程序｡硬件电路主要包括单片机电路､发射电路､接收电路､显示电路和温度补偿电路,另外还有复位电路和通讯电路等｡硬件电路以AT89S52单片机为核心,并具有低成本､微型化､带LCD液晶显示等特点｡整个电路采用模块化设计,由信号发射和接收､温度测量､显示､语音播报等模块组成｡发射探头的信号发射出去,单片机的计时器开始计时,然后当单片机接收回波时,计数器停止工作并得到时间｡温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能｡软件程序主要由主程序､预置子程序､发射子程序､接收子程序､显示子程序等模块组成｡它控制单片机进行数据发送与接收,在一定温度下对超声波速度的校正,实现数据显示在LCD上｡关键词:AT89S52,超声波,传感器,测距仪,温度补偿,LCDDesign and Implementation of Ultrasonic RangeFinderAbstractSound frequencies above 20kHz is called Ultrasound, it belongs to the scope of mechanical wave.Ultrasound can also follow the general mechanical wave propagation in an elastic medium, as in the medium occurs at the interface reflection and refraction, absorption of the medium into the medium occurred after attenuation. Ultrasound can be used for distance measurement with these properties. With the continuous improvement of technological level, ultrasonic distance measurement techniques are widely used in daily work and life.System design includes two parts, namely, hardware and software programs. Hardware circuit includes a microcontroller circuit, transmitter circuit, receiver circuit, display circuit and temperature compensation circuit, in addition to reset circuit and communication circuit. AT89S52 microcontroller is the core of hardware which is low cost,miniaturization,with LCD liquid crystal display and so on. The modular design of the livelong circuit contains the signal transmission and reception, temperature measurement, display, voice broadcast and other modules.The microcontroller timer starts time when the probe launch ultrasound, after the original ultrasound was reflected, ultrasound will be incepted by the probe,then microcontroller stop working and get time. After sending the temperature'measurement to the microcontroller, process of correction will revise the speed.It can achieve the function of ultrasonic ranging by combining the anterior time and speed. Main software program include preset subroutine, subroutines launch, receive routine, display routines and other modules. It controls the microcontroller to send and receive data, velocity correction on the ultrasonic at a certain temperature, data displaying on the LCD.Key Words:AT89S52,Ultrasonic wave,Ensor,Range Finder,Tempearture compensation,LCD目录摘要 (ⅰ)Abstract (ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 现阶段本课题相关研究现状 (1)1.3 本课题相关说明 (3)第二章超声测距技术方案分析 (4)2.1 超声与超声的特性 (4)2.2 超声的应用 (5)2.3 超声波传感器 (5)2.3.1 超声波传感器的原理及结构 (5)2.3.2 超声波传感器的种类 (7)2.3.3 超声波发射器 (8)2.3.4 超声波接收器 (8)2.4 超声测距原理 (9)2.4.1 超声测距原理 (9)2.4.2 超声波测量中盲区及近限和远限 (10)2.4.3 提高测距仪性能的方法 (11)2.5 超声测距系统的主要参数 (12)2.5.1 传感器的指向角 (12)2.5.2 测距仪的工作频率 (12)2.5.3 声速 (13)2.5.4 发射脉冲宽度 (13)2.5.5 测量盲区 (13)第三章超声波测距系统硬件部分设计 (15)3.1 概述 (15)3.2 各功能模块介绍设计 (16)3.2.1 单片机处理单元 (16)3.2.2 发射模块 (19)3.2.3 接收模块 (21)3.2.4 语音播报模块 (22)3.2.5 温度补偿模块 (24)3.2.6 无线传输模块 (25)第四章超声波测距系统软件部分设计 (27)4.1 超声波测距仪的算法设计 (27)4.2 主程序流程图 (28)4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (29)第五章系统实现与检验 (31)5.1 硬件组实物图 (31)5.2 功能测试 (33)5.2.1 测试环境 (33)5.2.2 测试结果 (35)5.3 超声波测距误差分析 (35)5.3.1 发射接收时间以及当地声速对测量精度的影响分析 (35)5.3.2 提高精度的方案及系统设计 (36)第六章结束语 (38)参考文献 (39)致谢 (40)附录 (41)第一章绪论1.1 选题背景及意义超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法,和激光､涡流和无线电测距方法相比,具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力,且结构简单,成本低,因此在工业控制､建筑测量､机器人定位方面得到了广泛的应用｡但由于超声波传播声时难于精确捕捉,温度对声速的影响等原因,使得超声波测距的精度受到了很大的影响,限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用｡距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,测距成为数据采集中要解决的一个问题｡而由于超声波的速度相对光速小的多,其传播时间比较容易检测,并且易于定向发射,方向性好,强度好控制,因而人类采用仿真技能利用超声波测距｡超声波测距是一种利用超声波特性､电子技术､光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法｡因为它是非接触式的,所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用｡比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离｡目前基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求也越来越大,如油库和水箱液面的精确测量和控制,物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等｡本文结合超声波精确测距的需要,进行了系统的硬件和软件设计,分析了影响超声测距精确度的多种因素,来有效提高测距系统的精度｡1.2现阶段本课题相关研究现状F.GALton在1876年进行了气哨实验,代表着人类第一次产生的高频声波｡而我国于1956年开始超声的大规模研究｡迄今,我国对超声已经广泛地在的各个领域得到发展和应用,特别要提出的是,其中一些项目能够与国际水平相接近｡超声波测距与定位技术是关于声学以及仪器科学的综合性大学科,由超声波换能器､超声波发射和接收电路､控制电路等组成了利用超声波来测量距离值｡目前在各个领域中都得到了使用,并取得了很好的成果｡R.Kuc.[1]提出了三维的仿生声纳系统,系统可以利用超声波自动的寻找被测目标物体｡它共有五个超声传感器构成这个系统最主要的感知装置｡发射超声波的换能器安装在十字架交叉点,有四个换能器用来接收超声波共分别安装在十字架的边缘位置上｡这样,被测目标的距离与方位能够依据空间几何关系就能算出｡R.X.Gao和C.Li[2]研制了专门为盲人服务的超声测距系统,该系统利用微处理器的作为主控制芯片,回波包络采用特殊的发射波形来获得,设置一定的回波阈值电平采用自动增益的控制放大器放大回波波形,这些措施有效的提高超声波的探测精度｡G.Bucci和 ndi[3]提出了一种对于输入超声波信号的功率谱算法,该算法利用了信号进行傅里叶变换后功率谱密度中所包含的信号特征确定回波的前沿,更加精确的确定渡越时间｡R.Demirli,J.saniie[4]的文章是利用峰值出现的时刻来估算出信号的传播时间,从而提出相关估计法,这个方法又叫做通过匹配的方式来得到结果,在这里主要用到了返回波信号的幅值与形状｡如果在这个过程中,波形没有畸变,且高斯白噪声叠加在返回波上,则此方法的精确度均高于阈值检测法｡F.Devand,G.Hayward和J.Soraghan[5]受蝙蝠在夜空中捕食启发,提出了一种具有独特优点的自适应超声成像聚焦系统,对超声成像中图象畸变的消除有重要价值,提高超声图像的分辨率通过使用重叠的频率调制信号｡此使用了不同频率的超声波｡基本理论基础是使用时间和频率信息并且通过改进的算法来解决频域中的合成干涉图,因此该超声成像系统在三维空间有高分辨率的特点｡国内一些学者也作了相关研究｡同济大学设计了基于伪随机码的时延两步相关估计法[6]｡该方法采用PRBS(伪随机二进制信号序列)作为发送信号,通过求互相关函数确定传播时间,由此达到非常高的抗干扰能力｡引入PRBS还节约了用于计算互相关函数通常所必需的乘法｡此外还设想并实现了一个两步相关法以减少处理时间｡借助于数学分析阐述了PRBS的生成,特点和参数选择｡这些思路在测量装置上得以实现｡通过用模拟的噪声信号进行的测试结果表明,测量装置具有很强的抗干扰能力｡哈尔滨工业大学分为两次进行粗测距和精测距[7]｡粗测距先大概估测测距范围,具体的操作是先发送一串超声波,回波信号在控制器计算分析处理｡根据处理的结果设定尽可能合理的鉴幅阂值｡精测距是在此基础之上控制器发送另一串超声波,按照在粗测距中设定的阂值,精测距中的回波前沿被捕捉,实现精确测距目的｡中国科学院上海声学实验室[8]文章介绍两个不同频率的超声波在测距的时候先后被发射出去,其中频率较大的超声波用于测量较近的距离,对回波信号进行分析处理,并自动设定合理的鉴幅阂值,再发送频率较小的测较远的距离,捕捉回波前沿某一固定位置的信号,从而达到精确测距之目的,这样可实现在较大的范围内实现较高的测距精度｡这样,把远程测距与近程测距分开进行,就可以克服测距范围与测距精度之间的固有矛盾｡目前,超声技术和扩频通信技术的结合在某些方面已经得到了应用｡西北工业大学应用扩频原理设计了一种液位测量系统,可控声源被使用在其中[9]｡从国内外研究状况可以看出,影响超声波检测精度的因素是测量的超声波传输时间和超声波在介质中的传播速度｡国内外的研究成果使得超声波检测的精度得到了提高,这些处理方法都得到了很好的效果｡由于超声波也是一种声波,其声速V与温度有关｡在使用时,如果传播介质温度变化不大,则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的｡如果对测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正｡声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离｡1.3本设计相关说明根据设计要求并综合各方面因素,可以采用AT89S52单片机作为主控制器[10.11],超声波驱动信号用单片机的定时器完成,其中硬件部分主要由单片机主系统及超声波发射模块､超声波接受模块､温度补偿模块､语音播报模块､LCD显示模块几部分组成｡采用AT89S52来实现对各个子模块的控制｡由单片机计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,结合超声波声速通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离,并将距离和温度补偿模块所测得的环境温度在LCD屏幕上予以显示｡软件部分主要有主程序､超声波发生子程序､超声波接收中断程序及显示子程序｡具体的硬件､软件设计细节,将在本文第三章和第四章中详细阐述｡第二章超声测距技术方案分析2.1 超声与超声的特性声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象｡当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限(根据大量实验数据统计,取整数为20000赫兹)时,人们就会觉察不出周围声的存在,因而称这种高频率的声为“超”声｡人的听觉范围如图2.1所示｡图2.1 人的听觉范围超声波的特性有:(1)束射特性由于超声波的波长短,超声波射线可以和光线一样,能够反射､折射,也能聚焦,而且遵守几何光学上的所有定律｡即超声波射线从一种物质表面反射时,入射角等于反射角,当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射现象,也就是要改变它的传播方向,两种物质的密度差别愈大,则折射率也愈大｡(2)吸收特性声波在各种介质中传播时,随着传播距离的增加,其强度会逐渐减弱,这是因为介质要吸收掉它的部分能量｡对于同一介质,声波的频率越高,介质吸收就越强｡对于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸收尤为历害,在液体中传播时吸收就比较弱,在固体中传播时吸收是最小的｡(3)超声波的能量传递特性超声波之所以能在各个工业部门中得到广泛的应用,主要原因还在于比声波具有强大得多的功率｡为什么有这么强大的功率呢｡因为当声波进入某一介质中时,由于声波的作用使物质中的分子也随之振动,振动的频率和声波频率—样,分子振动的频率决定了分子振动的速度｡频率愈高速度愈大｡物资分子由于振动所获得的能量除了与分子本身的质量有关外,主要是由分子的振动速度的平方决定的,所以如果声波的频率愈高,也就是物质分子愈能得到更高的能量｡超声波的频率比普通声波要高出很多,所以它可以使物质分子获得很大的能量;换句话来说,超声波本身就可以供给物质分子足够大的功率｡(4)超声波的声压特性当声波进入某物体时,由于声波振动使物质分子相互之间产生压缩和稀疏的作用,将使物质所受的压力产生变化｡由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用[12]｡2.2 超声的应用目前各种超声波仪器和装置已经广泛地应用在了工业､通信､医疗等许多行业中｡超声检测技术的基本原理是利用某种待测的非声量(如密度､浓度､强度､弹性､硬度､粘度､温度､流量､液位､厚度､缺陷等)之间存在着的直接或间接的关系,在确定了这些关系之后就可通过测定这些超声物理量来测出待测的非声量｡正是在这种工作原理下,我们可以充分地利用超声波的各种特性来研制超声波传感器,配合不同的信号处理与显示电路完成许多待测量的检测工作｡超声波具有与电磁波相似的一面,同时又有其自身的一些特点:1.能以各式各样的传播模式(纵波､横波､表面波､薄板波)在气体､液体､固体或它们的混合物等各种媒质中传播,也可在光不能通过的金属､生物体中传播,是探测物质内部的有效手段｡2.由于超声波与电磁波相比速度慢,对于相同的频率波长短,容易提高测量的分辨率｡3.由于传播时受介质声速､声阻抗和衰减常数的影响大,所以,反过来可由超声波传播的情况测量物质的状态｡2.3 超声波传感器为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波｡完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器,或者超声波探头｡2.3.1 超声波传感器的原理及结构[13]超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件｡超声换能器的种类很多,按照实现超声换能器机电转换的物理效应的不同可将换能器分为电动式､电磁式､压电式和电铁伸缩式等｡目前压电式换能器的理论研究和实际应用最为广泛,本文超声波测距选用的也是压电式超声波换能器｡图2.2 超声波换能器TCT40-16套件实物组(T为发射,R为接收) 压电换能器的发展和应用是以压电效应的发现和压电材料的发展为前提条件的,1880年居里兄弟发现了晶体的压电效应,但直到电子管放大器的发明,压电材料的压电效应才真正用于电声转换上来｡在第一次世界大战期间,法国物理学家朗之万于1916年研制成功了第一个真正实用的压电换能器,并将其应用于潜艇的探测中｡在朗之万发明的换能器中,压电石英片被夹在两块厚钢板中,后来这种换能器被广泛应用于超声探测仪中｡直到现在,朗之万型换能器仍在得到广泛的应用,如功率超声和水声中｡同时,由于压电换能器作为高频声源的出现,使得高频声的研究成为现实,而声学的应用也被迅速地扩展,一个重要的声学分支—超声学迅速发展起来,并得到了越来越多的重视｡压电效应包括逆压电效应和正压电效应｡(1)逆压电效应将具有逆压电效应的介质置于电场中,由于电场作用介质内部正负电荷中心发生位置变化,这种位置变化在宏观上表现为产生了形变,形变与电场强度成正比｡如电场反向,则形变亦相反｡这一现象称为逆压电效应｡利用逆压电效应能产生超声波｡将适当的交变电信号施加到晶体上,晶体将发生交替的压缩和拉伸,因而产生振动,振动频率与交变电压的频率相同,若把晶体祸合到弹性介质中,晶体将充当一个超声源的作用,超声波将被辐射到那种介质中｡(2)正压电效应当对某电介质施加应力时,产生的变形将引起内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化,在介质两端面上出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与应力成正比,这种效应称为正压电效应｡利用正压电效应将机械能(即声能转换成电能,接受超声波的装置,称为接收换能器｡常见的压电材料有石英晶体､压电陶瓷､压电半导体､高分子压电材料等｡超声波传感器的结构:超声波发生器是一个超声频电子振荡器,当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电陶瓷上时,压电陶瓷组件就在电场作用下产生纵振动｡压电组件在超声振荡时,仿佛是一个小活塞,其振幅很小,但这种振动加速度很大,于是把电磁振荡能量转化为振动能量,这种巨大的超声波能量,沿着特定方向传播出来｡其关键技术是使超声波声束变细,除待测物体外不受其它构造物的影响｡超声波换能器是产生超声波必需的能量转换装置,它把超声电磁振荡的能量转换为声波｡相邻两片的压电陶瓷片极化方向相反,芯片的数目成偶数,以使前后金属盖板或壳体与同一极性的电极相连,否则在前后盖板与芯片之间要垫以绝缘垫圈,会导致结构不必要的增大｡两芯片之间,芯片与金属该班之间通常夹以薄黄铜片,作为焊接电极引线用;芯片,电极铜片用强力胶胶合｡在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状谐振子连成一体,圆锥状谐振子的边缘部分装有圆环状弹性橡胶减振器,使之与外壳固定,起声阻匹配作用｡在电一声变换部分的前面的超声波束整形板,是对应圆锥状谐振子的振动模式设置的几个开口｡使超声波波束指向尖锐,吸声片吸收多余反射声波｡通过上述超声换能结构,配以适当的收发电路,可以使超声能量的定向传输,并按预期接收反射波,实现超声遥控､测距､防盗等检测功能｡2.3.2 超声波传感器的种类超声波传感器根据应用范围的不同可分为以下四类(1)通用型超声波传感器超声波传感器的带宽一般为几kHz,并具有选频特性｡通用型超声波传感器的频带窄,但是灵敏度较高,抗干扰性强｡但通用型接收传感器与发送传感器是分开使用的,测量中必须成对使｡在多通道通信使用时器件比较多,使用不方便,采用宽频带传感器较为方便｡因为宽频带传感器发送和接收是共用一个探头的传感器输出开路时,其输出电压较高,但阻抗也高,易受噪声的影响,通常要接入几千欧到几百千欧的电阻｡(2)宽带型超声波传感器宽带型超声波传感器在工作带宽内具有二个谐振频率,即具有二个谐振点｡所以,一个传感器可以兼作接收传感器与发送传感器｡宽带传感器具有两个谐振频率,其频率特性就相当于两种传感器的组合｡因此,在很宽频带范围内具有较高的灵敏度｡(3)密封型超声波传感器密封型超声波传感器对环境的适应性较强,可应用于汽车后方检测物体的装置以及待时计算器等｡(4)高频型超声波传感器上述各种类型传感器的中心频率只有数十kHz,但中心频率高于100kHz的传感器近来也有销售｡2.3.3 超声波发射器发射器的作用是形成与被检测对象相作用的超声波束,它的特性包括共振频率､方向性､电声变换效率､稳定性等｡按照应用领域的不同,超声波束可以是强方向性的､扇状的､无方向的形状,还有些发射器附带有调整层,以便发射器与媒质的音内阻抗相匹配｡超声波发射器的驱动机构包括,反压电效应､电致伸缩效应､动电效应､电磁效应､磁致伸缩效应等,它恰好是上述超声波接受的相反作用,所以从结构上看,发射与接受呈一一对应的关系｡图2.3 超声波换能器结构图2.3.4 超声波接收器超声波接收器接收原理基于伴随声波而产生的电容､压电､反压电､动电､电磁､反磁致伸缩声光效应等｡优点是与空气的声阻抗匹配良好,频带宽｡压电型主要用石英晶体或氧化锌材料｡电致伸缩型微音器的接收器用反压电效应大的电介质板作为接收器｡结构上有采用PVDF膜作为受音体､也有采用钦酸､镐酸铅系列陶瓷以板状或圆桶状受音体的形式结构｡在压电膜上制作梳状电极,可以构成检测超高频段的声表面波的传感器｡动圈式接受器的结构为在磁场中防止带有受音板的可动线圈或导体带,当它们因超声波而运动时,产生感应电动势,由于受音体惯性大,因而只适用于低频｡电磁效应型接收器的结构是将磁性受音板作为磁路的一部分,在磁路中设置拾音线圈｡当超声波传来时,受音板发生唯一,使磁路磁场发生变化,在拾音线圈中产生电动势｡基于反磁致伸缩效应的超声波接受器的构造主要有用磁致伸缩材料构成的线圈状结构,使用于低频;还有用磁致伸缩材料涂敷在物体表面上形成的结构,适用于高频,前者检测感应电流;后者检测置。
基于单片机的超声波测距装置毕业论文
基于单片机的超声波测距装置摘要随着电子计算机技术和集成电路芯片的飞速发展，超声波测距技术日渐成熟，并且应用广泛，比如工业中的液位测量、倒车雷达、机器人避障等方面。
超声波测距方法相比较传统的测距方法，它可以实现非直接接触式的测量，特别是在有毒、烟尘等的恶劣环境中；相比较激光、雷达等较先进的非直接接触的测距方法，超声波测距结构简单，其造价较低，适用于工业领域。
因此，超声波测距方面的研究具有一定的实际意义。
本文详细介绍了一个基于单片机的超声波测距装置。
硬件的核心器件是单片机AT89C51，还包括超声波模块，显示模块等主要器件，体积小巧，结构简单，成本较低。
软件是基于C语言设计的，采用模块化的设计方法，由主程序、延时子程序、计数子程序、计算子程序、显示子程序等模块组成。
该装置实现了液晶显示，测距范围是2cm-450cm，精度为1cm，可用于工业领域中的非接触式测量。
关键词：AT89C51；超声波；测距I洛阳师范学院2013届本科生毕业设计AbstractWith the rapid development of electronic computer technology and integrated circuit chips, ultrasonic ranging technology is maturing, and widely applied, such as liquid level measurement in the industry, reversing radar, robot obstacle avoidance. Compared to the method of ultrasonic ranging from the traditional method for measuring distance, it can realize the not direct contact measurement, particularly it has been used in toxic, smoke environment. Compared with laser, radar and other more advanced than non-contact method for measuring distance, ultrasonic ranging has simple structure, its cost is lower, it is suitable for industrial area. Therefore, the research in the ultrasonic ranging has certain practical significance.The article detailedly introduces an ultrasonic ranging device based on single chip microcomputer. The core part in hardware is the single chip microcomputer AT89C51, and the main part includes ultrasonic module, display module. The device has small size, simple structure, and low cost. The software is designed based on C language, using modular design method, it consists of a main program, delay subroutine, counting subroutine, calculation subroutine and display subroutine etc. The device realizes the liquid crystal display, distance measuring range is 2cm-450cm, and the precision can reach 1cm, this device can be used for non-contact measurement in industrial area.Keywords: AT89C51 ; Ultrasonic ; RangingII基于单片机的超声波测距装置毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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超声波测距装置的研究和设计
中图分类号：tn92 文献标识：a 文章编号：1009-4202（2011）01-294-01
摘要利用超声波测量距离具有原理简单、抗干扰能力强等优点，因此超声波测距装置也具备了结构简单，工作情况稳定的优势，被广泛采用。
本文通过对其工作原理的介绍和设计实例的分析，介绍了超声波测距装置的基本构造和工作过程。
关键词基本原理装置特征装置设计
一、超声波测距装置的研究
1．装置的应用和基本原理
利用超声波进行距离测量的主要是发挥其受外界干扰较小的优势，而且传感器的结构相对简单，成本不高。
在测量的过程中传输的声频不高，便于接收元件识别和计算。
因此在机器人研制、车辆辅助系统、测量测绘等方面得到了广泛的应用。
而且电子技术的发展让新型的电气元件和传统的超声波理论有机的结合起来，拓展了该技术领域的空间。
目前超声波测距装置主要利用的是陶瓷超声波能量转器，作为固体超声波发生装置，发生超声波的频率为40khz 的固定频率，利用先进的单机芯片负责声波的收发，从而计算发射和接收的微量时间差测算出目标距离，这就是超声波测距的原理。
2．超声波测距装置特征
从理论上看，超声波发生装置的电压越高效果越好，这是因就同一个发生系统来看，电压越高其发出的超声波功率也就越大，这
样在接收装置上接到的回波功率也就越高，测量也就越准确。
但是在实际的应用过程中，设备的应用的工作电压是不可能超过一个极限的，如果超负荷运行就会对装置造成不可修复的损伤。
因此在实际的工作中发射模块所产生的脉冲电压是相对的高，而不能无限的放大。
基于这样的条件限制，在发射部分的电脉冲信号发出后，由物体反射回的信号当然也就受到一定的限制，其引起的压电晶片产生的电压当然也就较低，而且在其中还会混入一些环境因素导致的杂波，让装置出现错误。
所以，在超声波测距装置的设计过程中需要着重研究系统对回收信号的处理，除了需要必要的放大外，也需要进行过滤，要达到芯片能够处理的强度。
二、超声波测距装置的设计
超声波装置的设计因为采用的元件有所差异，其设计的思路也不尽相同，但是其工作的原理、装置组成、工作过程是基本一致的，因此下面选择一种设计方式进行简要的介绍。
1．装置单机芯片功能选择
一般的超声波测距装置主要的系统构成为发射、接收放大、温度测量、数据处理这四个模块，以满足其功能实现。
本例中采用的是低电压高性能的单机芯片，具备可编程存储器。
这一款单机芯片由atmel公司出品，可以完全与工业用80c51产品进行兼容，指令和脚本没有冲突。
芯片的可编程存储器完全可以适应各种装置的设计需求，满足应用功能。
2．装置的发射电路设计
在超声波装置的应用过程中，理论认为40khz的超声信号是理想频率。
因此在利用555电路的时候电路产生的40khz的超声波，其振荡可以利用公式：f≈1.43÷（（r1+2×r2）×c1）进行计算，其中r2采用的是可调节电阻，主要是为了实现转换频率的一致性。
在设计的过程中r1、r2、c1这三个参数的选取可以利用软件进行选取，最后进行测试以保证准确。
而且为了能够保证555的驱动能力装置采用了12伏电源进行供电。
工作中555电路产生的40khz
方波通过元件调整，让超声波换能器发出超声波，而且在过程中利用单机芯片通过555的高低电平来实现超声波的发射控制。
3．回波接收的电路设计
装置的设计关键就在于对回波的处理，因为反射回来的声波信号十分的微弱，因此必须经过放大电路的放大，才能保证识别和计算。
装置接收到声波信号后，先经过电容的耦合，然后加载到预算放大器上进行两级放大，这里可以采用ne5532，这不仅是因为回波的频带宽，噪声低，更是为了其共模抑制大，电源电压抑制小，因此偏置电压小。
而且工作的性能较好，价格合理。
在这里实现的两级放大分别为100倍，得到的最终信号放大了10000倍。
放大的信号采用电子元件进行比较和调整，通过电阻对其进行调节已选择不同的比较电压，达到对测量距离的调整。
4．装置的温度补偿设计
超声波在传播的过程中可以对其产生影响的因素包括湿度、压力、温度，实践证明温度对其影响最大。
因此在超声波测距装置的
设计中应当加入必须的温度补偿模块，以保证装置的适应性。
在这里应用的是根据超声波的特性总结出的经验公式：v=331.5+0.607t 以此作为测距中波速的补偿，v是实际速度，t为温度。
一般的装置都会采用数字温度传感器来采集现场温度，并对波速进行补偿。
其中如：ds18b20的应用，它是一总线器件，不需要其他调理电路，就能和单片机直接相连。
工作过程是，通过ds18b20单片机可以实时采集温度值，在进行测量时将温度补偿给波速，保证单机芯片计算出该温度下的超声波速度。
三、结束语
目前超声波测距装置在电子技术的支持下，已经实现了集成化的控制。
设计中利用电机芯片作为控制核心，通过简单的编程保证各部元件的相互配合，已经成为了设计的主要思路和方向。
这能够让超声波测距装置更为简单小巧，应用范围也不断扩展。
参考文献：
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[2]王爱珍.基于单片机的超声波测距系统的设计与实现.忻州师范学院学报.2010(02).[3]韩瑞丽.超声波测距定位系统的研究.机械设计与制造.2010(01). [4]王振江,苏新彦,韩跃平.基于at89c51
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