基于51單片機的超聲波測距系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于51單片機的超聲波測距系統設計畢業論文目 錄 1 1 研究內容 1： 2 2 2 4 5 5 6 9 9 10 12 13 13 16 18： 20 21參 考 文 獻 22謝辭 23系統整體電路圖 24程序代碼 2536近年來，隨著電子測量技術的發展，運用超聲波作出精確測量已成可能。超聲波擁有許多優點：超聲波測量精確高，成本低，性能穩定則備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規律，如在介質的分界面處發生反射和折射現象，在進入介質后被介質吸收而發生衰減等。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用于人們日常工作和生活之中。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內部、液位高度的測量等。由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應用于紙業、礦業、電廠、化工業、水處理廠、污水處理廠、農業用水、環保檢測、食品（酒業、飲料業、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業中?？稍诓煌h境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環境下有較廣泛的應用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的指標要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應用。同時由于超聲波測距系統具有以上的這些優點，因此在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應用。 研究內容設計一個超聲波測距系統，以單片機為控制核心，實現測距功能。、數字電路分析和設計的基本方法。包括： （1）根據設計任務和指標，初選電路； （2）通過調查研究、設計計算，確定電路方案； 2. 培養一定自學能力和獨立分析問題、解決問題能力。包括： （1）學會自己分析、找出解決問題的方法； （2） 對設計中遇到的問題，能獨立思考，查閱資料，尋找答案。：，有lcd顯示和按鍵；；；；在開始做畢業設計之前，我需要對要所要完成的作品有一個大概的掌控，特別是對超聲波測距的原理和超聲波測距系統的組成部分能有一個清晰的認識。超聲波測距的原理：超生波測距的原理其實很簡單，也就是大自然中蝙蝠捕食的原理，首先需要超生波發射裝置，發出超聲波，此時時間記作T1，當超聲波收到障礙物的阻擋時，就會被反彈回來，然后就被超聲波接受裝置所捕捉到，這時時間記作T2，假設此時的聲速為V，則超聲波測距裝置與障礙物之間的距離Ｓ為：Ｓ＝Ｖ＊（Ｔ２－Ｔ１）/2。 （）： t 障礙物 s 超聲波發射 超聲波接收 超聲波的測距原理在我動手之前不是說能夠一氣呵成的完成作品，如果那樣做的話，萬一哪一部分出了問題，那么我將很難檢查的出來，所以效率很低。因此決定分模塊來完成我的作品，首先用仿真軟件進行仿真，確定好布線器材等，就可以先從硬件開始著手了，超聲波測距系統的組成部分：1. 單片機最小系統 ；我只要一個一個模塊的實現，這樣效率就能提高很多。完成好硬件的功能，接下來就需要實現軟件的功能了，本次設計的程序需要完成的功能有：（1）超聲波的發射和接收控制（2）對回波信號的檢測（3）測距時間到距離的換算（4）距離的顯示從整體看超聲波測距的原理很簡單，但是我們要想獲得一個高精度的測距結果，還需要考慮和多方面的東西，比如說：測距的溫度會對結果有很大的影響。而且在器材選用方面，對測距結果也會帶來很大的誤差。因此，在完成作品的過程中，還需要對硬件和軟件有一個更加細致的考慮。整體電路的控制核心為單片機AT89C51。超聲波發射和接收電路中都對相應信號進行整形及放大，以保證測量結果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實現超聲波的發射和接收。整體結構圖包括超聲波發射電路,超聲波接收電路,單片機電路,顯示電路等幾部分模塊組成。由于超聲波在發射和接收的過程中會有能量的損失，因此在超聲波發射與接收電路還要加入放大電路。在發射后把信號放大，接收前也要把還再次放大，進行多級放大才能達到發射和接收的效果。：超聲波接收電路超聲波發射電路顯示電路電源電路AT89C51電路 超聲波測距原理圖： 數字顯示仿真參照硬件的設計思路，軟件我也將采取模塊化的設計思路來進行，這樣對提高效率有很大的幫助。本設計采用的是模塊化的思路來進行設計和編寫程序，程序主要由系統主程序和中斷程序構成。主程序完成單片機的初始化，超聲波的發射和接收、計算超聲波發射點與障礙物之間的距離、數碼管顯示等。超聲波簡介：超聲波技術是一門以物理、電子、機械、以及材料科學為基礎的、各行各業都可使用的通用技術之一。超聲波技術是通過超聲波的產生、傳播以及接收的物理過程完成的。該技術在國民經濟中，對提高產品質量，保障生產安全和設備安全運作，降低生產成本，提高生產效率特別具有潛在能力。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。超聲波的三種形式：超聲波在介質中可以產生三種形式的振蕩波：橫波，質點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波，質點振動方向與傳播方向一致的波；表面波，質點振動介于縱波和橫波之間，沿表面傳播的波。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測量各種狀態下的物理量多采用縱波形式的超聲波。超聲波的物理性質：(1) 超聲波的反射和折射當超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質內部繼續傳播。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。(2)超聲波的衰減超聲波在一種介質中傳播，其聲壓和聲強按指數函數規律衰減。(3)超聲波的干涉如果在一種介質中傳播幾個聲波，于是產生波的干涉現象。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。超聲波傳感器介紹：據我查閱資料了解到超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。他們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波傳感器結構如下：. 超聲波傳感器外部結構 由于市場上的超聲波種類很多，通過我查閱資料，分析了超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度的關系后，發現在超聲波測量系統中，當頻率取得太低，則外界的雜音干擾較多，超聲波接收的雜波就多，靈敏度就不高。當頻率取得太高，在傳播的過程中能量損失比較大，雖然分辨力比較高，但是測量距離變短。通過我的綜合分析，找到了比較好的頻率段40KHz。 超聲波傳感器的升壓能級 超聲波傳感器的靈敏度因此本次設計選用的探頭是4OKHz的收發分體式超聲傳感器，由一支發射傳感器UCMT40KI和一支接收傳感器UCMR4OKI組成。傳感器特性參數表型號UCMT40K1UCMR40KQ結構開放式