基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文
基于单片机超声波测距系统的设计和实现
基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。
在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。
一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。
其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。
超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。
2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。
3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。
以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。
4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。
二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。
设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。
2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。
包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。
3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。
包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。
5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。
如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。
三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。
该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。
同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。
基于单片机的超声波测距仪毕业论文
目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外研究动态 (3)1.3 论文主要内容 (4)第2章系统的总体设计 (5)2.1 设计方案 (5)2.2 系统的硬件选型 (5)2.2.1 单片机选型 (5)2.2.2 超声波传感器选型 (6)2.2.3 超声波接收芯片选型 (7)2.2.4 显示器选型 (7)第3章系统的硬件设计 (8)3.1 基本系统构成 (8)3.1.1 系统电源电路 (9)3.1.2 超声波发射电路 (9)3.1.3 超声波接收电路 (10)3.1.4 晶振电路 (11)3.1.5 复位电路 (11)3.1.6 显示电路 (12)3.1.7 报警电路 (13)3.2 电路原理图 (13)3.3 PCB图 (14)第4章系统的软件设计 (15)4.1 软件keil的简介 (15)4.2 主程序流程 (15)4.3 超声波收发模块程序设计 (16)4.3.1 超声波收发中断子程序 (17)4.3.2 距离测算子程序 (19)4.4 显示模块程序设计 (19)4.4.1 初始化程序 (21)4.4.2 显示程序 (21)4.4.3 延时程序 (22)4.5 现场实测距离显示 (23)第5章结论 (24)5.1 总结 (24)5.2 系统实物图形 (25)5.3 展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)摘要本文阐述了基于51单片机的超声波测距仪的设计过程和运行结果。
AT89C51单片机控制定时器产生方波脉冲，同时计时器T1开始计时。
发出的超声波在空气中传播，而后遇到障碍物体的表面时超声波折返，超声波接收模块接收返回的超声波信号并且把超声波信号转化为电信号。
计时器记录超声波往返所用的时间，从而由51单片机计算得到实测距离。
再使用四位数码管显示距离。
硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、四位数码管显示电路、电铃报警电路、12MHz晶振电路等组成。
基于单片机的超声波测距系统实现毕业论文
基于单片机的超声波测距系统实现毕业论文目录摘要 (Ⅰ)第1章绪论 (1)1.1 单片机应用系统概述 (1)1.2 超声波测距系统概述 (2)1.3 本设计任务主要内容 (2)第2章超声波测距的原理 (4)2.1超声波测距系统原理 (4)第3章系统主要硬件设计 (6)3.1方案论证与比较 (6)3.2单片机主机系统电路 (10)3.2.1 单片机电路 (10)3.2.2 复位电路 (11)3.2.3 时钟电路 (12)3.2.4 按键电路 (12)3.2.5 蜂鸣器电路 (13)3.3 超声波发送电路 (13)3.4 超声波接收电路 (14)3.5 温度采集DS18B20电路 (16)3.6 LCD显示电路 (17)3.7 电源电路 (18)第4章系统软件设计 (21)4.3 40KHz超声波发送程序 (22)4.4 超声波的接收和处理 (22)4.5 DS18B20温度采集程序......................................................................................................... .22 4.6 距离计算程序. (23)4.7 数据转换程序 (23)4.8 LCD显示程序 (23)4.9基于Proteus的软件仿真 (24)第5章PCB设计 (25)5.1 元件选择 (25)5.2 Altium designer原理图的绘制 (26)5.3 元件封装制作 (26)5.4 PCB的电磁兼容性设计 (26)5.5 布局布线 (29)5.6 制造文件输出 (32)第6章元件采购 (33)6.1 BOM文件导出 (33)6.2 元件采购 (34)总结 (35)致谢 (42)参考文献 (43)第1章绪论1.1单片机应用系统概述单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。
它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计超声波测距系统是一种常见的非接触式测距技术，通过发送超声波信号并测量信号的回波时间来计算距离。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计。
首先，我们需要明确设计的目标。
本设计旨在通过51单片机实现一个精确、稳定的超声波测距系统。
具体而言，我们需要实现以下功能：1.发送超声波信号：通过51单片机的IO口控制超声波发射器，发送一定频率和波形的超声波信号。
2.接收回波信号：通过51单片机的IO口连接超声波接收器，接收并放大返回的超声波信号。
3.信号处理：根据回波信号的时间延迟计算出距离，并在显示器上显示出来。
4.稳定性和精确性：设计系统时需考虑测量过程中误差的影响，并通过合适的算法和校准方法提高系统的稳定性和精确性。
接下来，我们需要选择合适的硬件和软件配合51单片机实现上述功能。
硬件方面：1.51单片机：选择一款性能稳定、易于编程的51单片机，如STC89C522.超声波模块：选择一款合适的超声波传感器模块，常见的有HC-SR04、JSN-SR04T等。
模块一般包括发射器和接收器，具有较好的测距性能。
3.显示设备：选择合适的显示设备，如7段LED数码管或LCD显示屏，用于显示测距结果。
软件方面：1.C语言编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波测距系统的各项功能。
2.串口通信：通过串口与上位机进行通信，可以对系统进行监控和远程控制。
3.算法设计：选择合适的算法计算超声波回波时间延迟，并根据时间延迟计算距离值。
在设计过程中，我们需要进行以下步骤：1.硬件连接：按照超声波模块的说明书，将模块的发射器和接收器通过杜邦线与51单片机的IO口连接。
2.软件编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波模块的控制、信号接收和处理、距离计算等功能。
3.系统测试：进行系统的功能测试和性能测试，验证系统的可靠性和准确性，同时调试系统中出现的问题。
4.系统优化：根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的稳定性和精确性。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言在现代电子技术的迅猛发展中，精确测量距离的设备扮演着重要的角色。
随着人类对于生活环境安全性的关注提升，对于各种设备的精度要求也在逐渐加强。
超声波测距技术以其非接触性、高精度、低成本等优点，在众多领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
二、系统概述本系统以STM32单片机为核心控制器，结合超声波测距模块，实现对目标物体的精确测距。
系统主要由STM32单片机、超声波测距模块、电源模块、信号处理模块和显示模块等组成。
通过单片机对超声波模块的控制，实现对目标的精确测距，并通过显示模块实时显示测距结果。
三、硬件设计1. STM32单片机：作为系统的核心控制器，负责整个系统的控制与数据处理。
STM32系列单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足系统对于精确度和稳定性的要求。
2. 超声波测距模块：采用高精度的超声波测距传感器，实现对目标物体的距离测量。
通过超声波的发送与接收，实现对目标的距离计算。
3. 电源模块：为系统提供稳定的电源支持，确保系统的正常工作。
电源模块需考虑到功耗问题，以实现系统的长时间运行。
4. 信号处理模块：对超声波测距模块的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距的准确性。
5. 显示模块：实时显示测距结果，方便用户观察与操作。
四、软件设计1. 主程序：负责整个系统的控制与数据处理。
主程序通过控制超声波测距模块的发送与接收，获取目标物体的距离信息，并通过显示模块实时显示。
2. 超声波测距模块控制程序：控制超声波的发送与接收，实现对目标物体的距离测量。
通过计算超声波的发送与接收时间差，计算出目标物体的距离。
3. 数据处理程序：对获取的测距数据进行处理，包括滤波、计算等操作，以提高测距的准确性。
4. 显示程序：将处理后的测距结果显示在显示模块上，方便用户观察与操作。
五、系统实现1. 通过STM32单片机的GPIO口控制超声波测距模块的发送与接收，实现超声波的发送与接收功能。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，高精度测距技术被广泛应用于各个领域，如机器人导航、环境监测、智能家居等。
本文将介绍一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。
该系统采用先进的超声波测距原理，结合STM32单片机的强大处理能力，实现了高精度、快速响应的测距功能。
二、系统概述本系统主要由超声波发射模块、接收模块、STM32单片机以及相关电路组成。
通过STM32单片机控制超声波发射模块发射超声波，然后接收模块接收反射回来的超声波信号，根据超声波的传播时间和速度计算距离。
系统具有高精度、抗干扰能力强、测量范围广等特点。
三、硬件设计1. STM32单片机本系统采用STM32系列单片机作为主控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
通过编程控制单片机的GPIO 口，实现超声波发射和接收的控制。
2. 超声波发射模块超声波发射模块采用40kHz的超声波传感器，具有体积小、功耗低、测距范围广等优点。
通过单片机控制发射模块的触发引脚，产生触发信号，使传感器发射超声波。
3. 超声波接收模块超声波接收模块同样采用40kHz的超声波传感器。
当传感器接收到反射回来的超声波信号时，会产生一个回响信号，该信号被接收模块的回响引脚捕获并传递给单片机。
4. 相关电路相关电路包括电源电路、滤波电路、电平转换电路等。
电源电路为系统提供稳定的电源；滤波电路用于去除干扰信号；电平转换电路用于匹配单片机与传感器之间的电平标准。
四、软件设计1. 主程序设计主程序采用C语言编写，通过STM32单片机的标准库函数实现各功能模块的初始化、参数设置以及控制逻辑。
主程序首先进行系统初始化，然后进入循环等待状态，等待触发信号的到来。
当接收到触发信号时，开始测距流程。
2. 测距流程设计测距流程主要包括发射超声波、等待回响信号、计算距离等步骤。
当接收到触发信号时，单片机控制超声波发射模块发射超声波；然后等待接收模块的回响信号。
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。
基于单片机的超声波测距系统毕业设计论文
基于单片机的超声波测距系统毕业设计论文届．别．学号毕业设计基于单片机的超声波测距系统姓名系别、专业导师姓名、职称完成时间目录摘要 (3)1、绪论 (4)1.1项目研究背景及意义 (4)1.2国内外发展状况 (5)2、总体设计方案及论证 (8)2.1 总体方案设计 (8)3、硬件实现及单元电路设计 (8)3.1 电路总体设计 (8)3.2电源电路设计 (9)3.3超声波测试模块 (9)3.3.1 超声波的特性 (10)3.3.2超声波换能器 (12)3.4超声波传感器原理 (13)3.5测距分析 (17)3.6 STC89C52单片机简介 (18)3.7单片机最小系统 (18)3.8时钟电路的设计 (19)3.9复位电路的设计 (20)3.10声光报警电路的设计 (20)3.11数码管显示模块 (21)4、软件设计 (21)4.1 主程序工作流程图 (21)总结 (24)参考文献 (24)附件1: 原理图 (25)附件2：源程序 (25)附件3：实物图 (35)摘要超声波测距系统是以STC89C52为主控芯片，该系统是有单片机最小系统、超声波探头、数码管显示、蜂鸣器报警模块、按键模块和电源部分组成。
超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。
当距离小于设置距离时，蜂鸣器和指示灯发出声光报警，当距离大于设置距离，停止报警。
报警距离可以通过按键设置，按下设置键，显示“A”时，可以通过设置键的加减键设置报警距离。
关键词：超声波测距仪、STC89C52单片机1、绪论1.1项目研究背景及意义随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。
在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。
传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。
基于单片机的超声波测距仪设计毕业设计(论文)
本科毕业设计(论文) 题目基于单片机的超声波测距仪设计毕业设计（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。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本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。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于单片机的超声波测距仪系统设计
基于单片机的超声波测距仪系统设计一、本文概述随着科技的不断发展，超声波测距技术因其非接触性、高精度和快速响应等优点，在机器人导航、工业自动化、智能家居等领域得到了广泛应用。
本文旨在设计一种基于单片机的超声波测距仪系统，通过深入研究超声波测距原理，结合单片机控制技术，实现一种低成本、高性能的超声波测距解决方案。
文章首先介绍了超声波测距的基本原理和常用方法，然后详细阐述了基于单片机的超声波测距仪的硬件设计，包括超声波发射电路、接收电路、信号处理电路等关键部分的设计思路和实施方法。
接着，文章对测距软件算法进行了深入探讨，包括超声波传播时间的测量、距离计算等关键步骤的实现。
文章对设计的系统进行了测试，验证了系统的可靠性和稳定性。
通过本文的研究，希望能为相关领域提供有益的参考，推动超声波测距技术的发展。
二、超声波测距原理超声波测距是一种非接触式的距离测量方式，其基本原理是利用超声波在空气中的传播速度以及回声的时间差来计算距离。
超声波测距仪主要由超声波发射器、接收器和控制电路组成。
在超声波测距仪中，单片机发出控制信号给超声波发射器，使其发射出一定频率的超声波。
当超声波在空气中传播遇到障碍物时，会发生反射，反射波被接收器接收。
由于超声波在空气中的传播速度已知（约为340m/s），单片机可以通过测量发射信号和接收反射信号之间的时间差，即回声时间，来计算出超声波从发射到接收所经过的距离。
具体计算公式为：距离 = (超声波速度×回声时间) / 2。
需要注意的是，由于超声波在传播过程中会受到空气温度、湿度、风速等因素的影响，因此实际测量中需要对这些因素进行补偿，以提高测距的精度。
为了避免测量误差，还需要在硬件设计中考虑超声波发射和接收的角度、距离以及环境噪声等因素。
在单片机系统中，通过编程实现超声波发射、接收以及回声时间的测量。
单片机可以根据实际需要选择合适的计时器或定时器，对发射和接收信号进行精确的时间记录，并通过算法计算出距离值。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，超声波测距技术以其非接触、高精度、实时性强等优点，在众多领域如机器人导航、自动驾驶、工业控制、安防监控等中得到了广泛应用。
单片机作为一种集成度高、控制灵活、成本较低的微控制器，是实现超声波测距系统的理想选择。
本文旨在探讨基于单片机的超声波测距系统的设计原理、硬件构成、软件编程及实际应用，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供参考。
本文将首先介绍超声波测距的基本原理和关键技术，包括超声波的传播特性、测量原理及误差分析。
接着，详细阐述基于单片机的超声波测距系统的硬件设计，包括单片机的选型、超声波收发模块的选择与连接、信号处理电路的设计等。
在此基础上，本文将介绍系统的软件设计，包括超声波发射与接收的时序控制、距离数据的处理与显示等。
还将讨论系统的低功耗设计、抗干扰措施以及在实际应用中的优化策略。
本文将通过具体实例，展示基于单片机的超声波测距系统在机器人定位、障碍物检测等场景中的应用，以验证系统的可行性和实用性。
本文期望能为相关领域的研究提供有益的参考，推动超声波测距技术的进一步发展和应用。
二、超声波测距原理超声波测距系统主要基于超声波在空气中的传播速度以及反射原理进行设计。
超声波是一种频率高于20kHz的声波，其传播速度在标准大气条件下约为343米/秒。
在超声波测距系统中，超声波发射器向目标物体发射超声波，当超声波遇到目标物体后，会发生反射，反射的超声波被超声波接收器接收。
测距的原理在于测量超声波从发射到接收的时间差。
设超声波发射器发射超声波的时间为t1，接收器接收到反射波的时间为t2，则超声波从发射到接收所经历的时间为Δt = t2 - t1。
由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以可以通过测量时间差Δt来计算目标物体与测距系统之间的距离D。
距离D的计算公式为：D = V * Δt / 2，其中V为超声波在空气中的传播速度。
在实际应用中，为了确保测量的准确性，通常会采用一些技术手段来减少误差。
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。
基于单片机的超声波测距系统设计毕业论文
目录
第一章 绪论
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。它也有自已的特性，如它的频率可以非常高，达到兆赫级，因此，它在 介质中传播时能量可以集中在很小的范围内，具有良好的成束性，也就是方向性好。
器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优 点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
1.3 国内外相关研究情况 国内的超声波测[3]量主要集中在对 0~10 m 固体和液体的测量，一般测量精度 高，回波稳定[4]。近年来随着超声波技术研究的不断深入已广泛应用于各种工业 领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。此外在材料科 学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国内的一些学者也作了大量相 关的研究。 南昌航空工业学院的江泽涛[5]在《温度对液体中超声波速度的影响》一文中， 洋细地分析了温度对超声波在液体中传播速度的影响，导出了超声波速度同液体 压缩系数及密度的关系，研究了压缩系数及密度同温度的关系，进而研究了温度 对声速及声时的影响， 用实验测量了不同的液体成分下的声时同温度的关系。 Figneroa J．F．，Lamancusa J．S．[6]在《A method for accurate detection of time of arrival：AnalysiS and design of ultrasonic ranging system} 一文中，提出一种新的计时方法，该方法的原理是回波时延由峰值时延和相位时 延相加而得，分别用不同的检测方法得到峰值时延和相位时延，相加后即得回波 的传播时间。
基于51单片机的超声波测距系统设计单片机与电子技术专业毕业设计毕业论文
目录目录 (1)摘要 (2)第1章超声波测距系统设计 (3)1.1超声波测距的原理 (3)1.2超声波测距系统电路的设计 (3)1.2.1 总体设计方案 (3)1.2.2发射电路的设计 (4)1.2.3接收电路的设计 (5)1.2.4显示模块的设计 (6)1.3超声波测距系统的软件设计 (7)1.4本章小结 (9)第2章绪论 (10)2.1课题背景，目的和意义 (10)2.2两种常用的超声波测距方案 (10)2.2.1基于单片机的超声波测距系统 (10)2.2.2基于CPLD的超声波测距系统 (11)2.3课题主要内容 (12)第3章超声波传感器 (13)3.1超声波传感器的原理与特性 (13)3.1.1原理 (13)3.1.2特性 (14)3.2超声波传感器的检测方式 (15)3.3超声波传感器系统的构成 (16)3.4本章小结 (17)第4章AT89C51单片机简介 (18)4.1单片机基础知识 (18)4.1.1单片机的内部结构 (18)4.1.2单片机的基本工作原理 (20)4.2单片机的分类及发展 (21)4.3单片机AT89C51的特性 (22)4.4本章小结 (25)第5章电路调试及误差分析 (26)5.1电路的调试 (26)5.2系统的误差分析 (26)5.2.1声速引起的误差 (26)5.2.2单片机时间分辨率的影响 (27)5.4本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录1 (31)附录2 (36)附录3 (38)摘要超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
本报告详细的介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计1. 摘要基于单片机的超声波测距系统利用了超声波的频率在20KHZ以上，具有方向性强、耗能慢、传播距离远等优点。
在传感器技术与自动控制技术相结合的测距程序中，超声波测距是最常见的应用之一，被广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑工地和一些工业用地。
本系统的设计主要包含了硬件电路和软件程序两部分。
通过分析超声波测距的基本原理，选用合适的硬件电路部分，并写入相应的控制代码，以实现一个超声波测距系统的设计思路与方案。
在设计中，核心控制单元选用了STC89C52单片机，利用超声波传感器检测出超声波信号从传感器发出、碰到待测物并反射、最后接收器接收到返回的超声波信号这一过程的时间间隔，通过超声波在一定温度下的传播速度，利用公式得出传感器与待测物之间的距离，并将结果通过1602液晶显示出来。
系统还建立了按键模块和声光报警模块，以提升实用性，并建立了温度补偿模块，以提高测距的精确度。
系统采用模块化的结构，主要由温度检测模块、超声波测距模块、独立按键模块和供电电路四部分构成输入部分，由LCD1602显示模块、蜂鸣器、LED构成输出部分，由STC89C52单片机作为中控部分处理输入部分数据并控制输出部分。
通过Proteus仿真软件验证了硬件电路和软件代码设计。
2. 绪论随着科技的不断发展，人们对距离测量的需求日益增长。
在工业自动化、智能交通、机器人导航等领域，精确的距离测量是实现系统智能化和自动化的关键。
超声波测距技术因其非接触、高精度、低成本等优点，成为距离测量的首选方法之一。
基于单片机的超声波测距系统是利用单片机控制超声波的发射和接收，通过计算超声波在空气中传播的时间来测量距离。
相比传统的机械式测距方法，基于单片机的超声波测距系统具有更高的测量精度和更广泛的应用范围。
本文旨在设计一个基于单片机的超声波测距系统，通过研究超声波的特性、传感器的选择、硬件电路的设计和软件程序的编写，实现对目标距离的高精度测量。
基于单片机超声波测距系统的设计和实现的论文
摘要近二、三十年,特别是近十年来，由于电子技术及压电陶瓷材料的发展，使超声检测技术得到了迅速的发展。
超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。
超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等）来实现对非声学量（如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的测定。
本文详细介绍了一种基于单片机的超声波测距仪。
该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离。
在介绍了单片机性能和特点的基础上，分析了超声波测距的发展及基本原理，介绍了传感器的原理及特性。
由此提出了系统的总体构成。
然后简要介绍了利用Atmega8单片机设计测距仪的原理:单片机发出的超声波，通过换能器发射出去，遇到被测物体后反射回来，计算此超声波从发射出到接受的时间差从而得出被测物体到测距仪的距离。
针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案做了论证,给出了系统的硬件原理图和软件实现框图。
关键词单片机；超声波；测距；AT89S51；CX20106AAbstractPast 20 or 30 years, especially the past 10 years, as electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, ultrasonic testing technology for fast development. Ultrasonic a buncher, orientation and reflection, transmission, and other properties. Ultrasonic detection technology is used in ultrasonic propagation in the medium (velocity, attenuation, reflections, acoustic impedance, etc.) to achieve the volume of non-acoustic (such as density, concentration, strength, flexibility, hardness, viscosity, temperature, flow rate, flow , level, thickness, defects, etc.) were measured.The thesis introduces a kind of single-pulse-reflection ultrasonic distance meter system in detail based on single chip processor. The system could measure certain distance on the premise that the speed of reflected wave in the air is fixed. Based on the study of single chip processor, this paper summarizes the development and fundamental principle of ultrasonic detection. Then it presents the theory and characters of ultrasonic sensor. Moreover, it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter. Then this paper introduces the principle of distance一measuring一device which is designed with the single chip Processor of 51series. This principle is based on the ultrasonic measure which is calculated by the time used by ultrasonic traveling from the target. And then the transmission, receiver, detection, display scheme of this distance meter system are brought out. This paper presents the design of the Circuit and debug of the ultrasonic distance sensor.Key wordsSingleChip; Processor Ultrasonic ; Distance- Measurement；AT89S51；CX20106A目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 超声波简介 (1)1.2超声波检测简介 (2)1.3 单片机简介 (3)1.4 课题背景 (4)2 超声波测距仪的总体构想 (6)2.1 超声波测距的原理 (6)2.2 常见的测距法 (7)2.3 超声波传感器 (7)2.3.1 超声波传感器的原理及结构 (7)2.3.2 超声波传感器的特性 (9)2.4 系统主要参数的确定 (11)2.4.1 测距仪的工作频率 (11)2.4.2 声速 (12)2.4.3 发射脉冲宽度 (12)2.4.4 测量盲区 (12)3 超声波测距仪的硬件设计 (13)3.1 超声波发射电路 (14)3.2 超声波检测接收电路 (15)3.2.1 集成电路CX20106A简介 (15)3.2.2 接收电路图 (16)3.3 单片机系统及显示电路 (17)4 超声波测距仪的软件设计 (19)4.1 超声波测距器的算法设计 (19)4.2 主程序 (19)4.3 超声波发射中断程序 (21)4.4 超声波接收中断程序 (23)4.5 显示子程序 (24)4.6 距离计算子程序 (25)5 结束语 (26)致谢 .................................................. 错误！未定义书签。
基于单片机的超声波测距系统毕业设计论文
关键词：超声波测距仪、STC89C52单片机
1、
1.1
随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域[1]。
其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单.，可靠性高，具有断电存储功能，其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。
目前，计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基木情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用户的要求。[13]综上所述，我国超声波仪器的研制与生产，有较大发展，有的型号已超过国外同类仪器水平目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体力型。电声型主要有：1压电传感器；2磁致伸缩传感器；3静电传感器。流体动型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”[14]。电子测距仪要求测量范围在0.10～5.00m，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，公式L=(△t/2)*C简单易算，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[15]。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。所以就顺其自然的选择用超声波探测仪来进行探测停车位是否有车了。
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基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景和意义 (1)1.2 国外研究现状 (1)1.3 课题研究容和意义 (2)第二章超声波测距的原理 (5)2.1 超声波介绍 (5)2.2 超声波传感器的介绍 (5)2.2.1 传感器的选择 (6)2.2.2 超声波测距的原理 (7)2.2.3 温度补偿 (8)2.2.4 测量盲区 (9)2.3 本章小结 (10)第三章系统硬件设计 (10)3.1 系统硬件设计 (10)3.2 单片机概述 (11)3.2.1 STC89C51主要性能特点 (12)3.2.2 STC89C51结构组成 (13)3.2.3 STC89C51部组成 (14)3.3 超声波发射电路设计 (15)3.3.1 发射电路设计方案 (16)3.3.2 超声波发射器的注意事项 (17)3.4 超声波接收电路设计 (18)3.5 LCD显示部分 (19)3.6 报警部分 (21)3.7 DS18B20部分 (22)3.8 本章小结 (23)第四章系统软件设计 (23)4.1 系统软件设计 (23)4.2 外部中断子程序 (26)4.3 定时器中断子程序 (27)4.4 重要功能实现 (28)4.4.1 实现温度读取功能 (28)4.4.2 实现温度转换声速 (29)4.4.3 实现距离计算 (29)4.5 实验测量数据 (30)4.6 本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)谢辞 (33)附录一（实物图） (34)附录二（Proteus仿真图） (36)第一章绪论1.1 研究的背景和意义随着科技的发展，超声波已经可以对实物做出精确测量。
伴随着社会经济的蓬勃发展，电子测量技术也逐渐被应用到各个领域，而超声波测距技术因拥有测量精确度高、成本消耗低、性能稳定度高等优点则成为其中的佼佼者。
频率在20KHz以上的声波是超声波。
也正是因为这些特性超声波才会被应用到测量距离中。
科技在不断发展，人们的需求也在不断提高，因此，超声波逐渐被人们应用到生活和个行业（如医疗、工业、航天等）当中。
超声波是一种非常实用有效的测量方法，人们借用它不需要接触物体就可以进行精确测量。
它还对环境因素（如光线、高温、腐蚀气体和潮湿等）的测量影响具有较高的抵抗性。
而且还有测量精确度高，对环境无污染，基本上不用维护，使用寿命长等好处。
所以能够广泛应用于化工、污水、环境监测等诸多具有腐蚀性的行业中。
对环境适应能力强，无论在什么样的环境中，都能够进行精确测量并标定准确度。
可对多种液体(如水、酒和饮料等)进行液位控制，设定差值。
还有一个很大的优点，能够对盛装液体的液位罐直接显示其液位高度。
因此，超声波测距在空气和特殊环境中拥有较广泛的应用。
超声波在机器人的研制和倒车雷达等实例中也被广泛使用。
1.2 国外研究现状实际上，在工程应用当中超声波检测技术存在两个突出的问题，一是:由于超声波自身传播的特性和某些材料的吸收特性，使得超声波在传播距离加长的同时，回波信号也随着变的异常微弱;二是：回波信号中夹杂着许多干扰信号，而回波信号自身较为微弱，很容易被噪声所淹没。
因此传统方法对提取回波信号已无效。
人们一直很重视如何降低输入信号的信噪比。
从19世纪末，傅里叶变换理论和傅里叶级数问世，人们就高度重视对频率信号的检测，第一台锁相放大器在1962年问世，从而使提取淹没在噪声中的信号成为现实。
在此之后不断涌现出新的检测理论和方法，成功研制出许多性能优良的测量仪器，并不断成功的降低微弱信号的测量下限。
自20世纪90年代开始，经过十多年的发展，混沌理论作为一种新的检测方法出现，并在在微弱信号检测中具有巨大的潜力。
自从进入21世纪开始，国的广大学者和科研人员就对超声波测量精确度的提高方面进行了大量的尝试研究。
其中有对超声波发射脉冲的选取和对新型超声波换能器的研发。
主要研究方向是如何提高超声波回波信号精度的处理方法。
更是针对影响超声波测距精确度的措施提出了温度补偿等方法。
就目前来说，国虽然对超声波回波信号的处理有了较为成熟的研究发展，由于它对超声波测距的探测定位具有关键性作用，因此国学者仍然将它作为重要研究方向之一。
1.3 课题研究容和意义本设计系统打算实现在实验室进行小围的测距。
测距量程约为0.02m—4m，测量精度可达到毫米级。
系统整体结构如图1.1所示。
图1.1系统设计方案图由图可知本系统硬件设计是由六部分组成，分别为：(1)发射电路。
(2)接收电路。
(3)单片机控制器。
(4)LCD显示电路。
(5)温度测量电路。
(6)声音报警电路。
实际测量时，在LCD液晶显示屏上显示出所在地的实时环境温度。
发射电路发射超声波经反弹后被接收电路接收。
经过STC89C51单片机进行数据处理后将距离也显示到LCD上。
如果距离超出设定的值，报警电路就会鸣叫，即提醒测量距离超出量程。
超声波测距器的系统框图如下图1.2所示。
图1.2系统设计框图从效益和成本出发，HC-SR04超声波测距模块是一个非常好的选择。
由下图1.3可看出，T0时刻由超声波模块的发射端发射一束方波，并于此时定时器开始工作计时。
接收端收到回波后，产生一负跳变通到单片机的中断口。
之后单片机会响应中断程序，同时定时器会停止计数。
两次测得的时间差，就是我们所需要的超声波在媒介中的传播时间t，通过进一步计算便可以得出距离。
图1.3时序图通过本次设计，完善自我，学习了解单片机的相关知识。
并且能够具体了解基于单片机的超声波测距的发展现状以及能进行简易测距仪器制作。
这对我们以后的工作生活是非常有意义的。
第二章超声波测距的原理2.1 超声波介绍所谓超声波就是频率超过20KHz人耳不能辨识的音波。
如今超声波被应用到诸如工业、医疗、军事等各种行业当中。
超声波的特点：（1）超声波传播过程中，方向性很强，能量集中。
（2）超声波的传播适应于各种不同媒质，传播距离够远。
（3）超声波载体性很强，可作为载体进行治疗操作。
（4）超声波能够在固、液、气、固熔等介质中传播。
（5）超声波传递的能量可以很强。
（6）超声波具有反射的现象。
这是其之所以能够成为测量距离的重要方法之一的原因之一。
（7）超声波不但是一种波动形式，可作为媒介如B超等进行医疗诊断；同时也是一种能量形式，可对患者进行治疗。
2.2 超声波传感器的介绍超声波发生器可分为两大类：一是电气方式产生超声波；二是机械方式产生超声波。
而压电式超声波发生器是目前常用的。
超声波传感器结构如下图2.1和图2.2。
图2.1超声波传感器外部结构图2.2超声波传感器部结构2.2.1 传感器的选择本课题设计选用的是HC-SR04超声波模块。
HC-RS04模块不但性能比较稳定、测度距离精确，而且该模块的测量精度高，盲区小。
可用于机器人避障，物体测距，液位检测，公共安全，停车场检测。
电气参数如下表2.1。
表2.1超声波模块HC-SR04的电气参数电气参数超声波模块HC-SR04工作电压DC5V工作电流15mA工作频率40KHz最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10uS的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例基本工作原理： 采用I/O 口TRIG 触发测距。
能够给出至少10us 的高电平信号。
该模块将会自动向外界发送8个40KHz 的方波。
并且还能够自动检测是否有信号返回。
当信号返回时，I/O 口对此作出响应而输出一个高电平。
这个高电平所持续存在的时间就是超声波往返的时间。
本模块的使用方法非常简单。
通过控制口发一个10µs 以上的高电平,然后在接收端等候高电平输出。
当高电平输出时，定时器开始计时。
这个端口的高电平经过一段时间后会变为低电平。
变为低电平的一瞬间我们所读取定时器的值，就是这次测量距离的时间。
这样就可以算出距离。
通过不断的进行周期测量，就可以得出移动测量的值。
2.2.2 超声波测距的原理超声波测距方法主要有三种：（1）声波幅值检测法：该方法虽然最廉价最简单但容易受反射波的影响，精确度却是最低，在此就不详细介绍了。
（2）相位检测法：相位检测法是利用发射波与反射波之间的相位差来实现超声波测距。
设起始时刻为1t ，则发射波的强度为）（0111U Xt sin A I +=（实际测量时的发射波是方波，为了方便计算说明所以在此用正弦波举例)。
接收调制波的强度为）（0D 2122U Xt Xt sin A I ++=，则接收与发射时刻的相位差为'D D 2Pft 2Xt U ==，时间差为'D 2/U t Pf =。
根据时间和相位的关系，待测距离2/ct D D =可以转换为)2/$K/2(N D P U +=。
其中K 为波长，N 为整周期数，U $为非整周期的相位差值。
N 可用计数器测出。
该方法虽然测量精确度高精度高，但是检测围有限。
（3）渡越时间法：首先通过检测计数从超声波传感器的发射端发出声波的时刻记为t1，超声波返回到传感器接收端的时刻t2，两者的时间差t=t2-t1，这个时间差就是渡越时间。
设L 为测量距离，t 为往返时间差，超声波的传播速度为c ，求距离L 。
则有L=ct/2。
该方法简单而直接，极易实现。
虽然精度相对于相位检测法差点，但好在测量距离足够远。
综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。
超声波测距原理如图2.3所示。
障碍物图2.3超声波测距原理图2.2.3 温度补偿超声波也是声波，所以其声速c 仍然与空气温度有关。
一般来说，c 随着温度每升高1℃，就增加0.6m/s 。
表2.2列出了几种温度下的声速。
表2.2超声波声速随温度的变化测量时，若温度变化不大，则声速取值c=340m/s 。
若要求高精度，则可通过温度补偿或者软件改进提高精度。
在本设计中用STC89C51中的定时器来测量超声波传播时间，用DS18B20测量环境温度，达到提高测距精度的目的。
空气中声速与温度的关系可表示为： ）（m/s T 6.04.33116.27316.273T 45.331c +≈+≈ 公式2-（1）声速确定后，只要得到超声波往返的时间，就可以求得距离：0.6T)t +1/2(331.4=L 公式2-（2）增加角度补偿可使得测量数值更加的精确。
222h -l s 公式2-（3）2.2.4 测量盲区我们都知道，超声波模块发射探头和接收探头是并排放置到铜板上的。
而为了方便测量，再加上测量会有一个夹角，夹角越小越精确，因此他们离着很近。
显而易见，发射探头所发出的超声波必然会先传播到接收探头。
但该声波信号并不是反射回来的信号，只要检测到该信号，接收电路就会对其进行处理而产生中断信号，单片机也会跟着做出响应。
但所测得值并不是我们要测的，是错误的操作。
因此要等发送脉冲一段时间后才能让单片机接收中断信号。