基于51單片機(jī)的超聲波測距畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 摘 要超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以，在利用傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。本課題詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及 Atmel 公司的AT89C51 單片機(jī)的性能和特點(diǎn)，并在分析了超聲波測距的原理的基礎(chǔ)上，指出了設(shè)計測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題，給出了以 AT89C51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法。該系統(tǒng)電路設(shè)計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。關(guān)鍵詞：超聲波 單片機(jī) 測距 AT89C51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology bine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。s practical demand in measuring the precision 。Key Words: Ultrasonic wave。 Onechip puter。 Range finding。 AT89C51目　 　 錄摘 要 ............................................................1目　　 錄 .........................................................3第 1 章 超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計 .......................................5 超聲波測距的原理 ..........................................5 超聲波測距系統(tǒng)電路的設(shè)計 ...................................5 總體設(shè)計方案 ..........................................5 發(fā)射電路的設(shè)計 .........................................6 接收電路的設(shè)計 .........................................7 顯示模塊的設(shè)計 .........................................8 超聲波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ...................................9 本章小結(jié) ..................................................11第 2 章 緒論 .....................................................12 課題背景，目的和意義 ......................................12 兩種常用的超聲波測距方案 ..................................12 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng) ............................12 基于 CPLD 的超聲波測距系統(tǒng) .............................13 課題主要內(nèi)容 ..............................................14第 3 章 超聲波傳感器 .............................................15 超聲波傳感器的原理與特性 ..................................15 原理 ..................................................15 特性 ..................................................16 超聲波傳感器的檢測方式 ....................................17 超聲波傳感器系統(tǒng)的構(gòu)成 ....................................18 本章小結(jié) ..................................................19第 4 章 AT89C51 單片機(jī)簡介 ........................................20 單片機(jī)基礎(chǔ)知識 ............................................20 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ......................................20 單片機(jī)的基本工作原理 ..................................22 單片機(jī)的分類及發(fā)展 ........................................23 單片機(jī) AT89C51 的特性 ......................................24 本章小結(jié) ..................................................27第 5 章 電路調(diào)試及誤差分析 .......................................28 電路的調(diào)試 ................................................28 系統(tǒng)的誤差分析 ............................................28 聲速引起的誤差 ........................................28 單片機(jī)時間分辨率的影響 ................................29 本章小結(jié) ..................................................30結(jié)論 ............................................................31致謝 ............................................................32參考文獻(xiàn) ........................................................33附錄 1...........................................................34附錄 2...........................................................39附錄 3...........................................................40代做本論文畢業(yè)設(shè)計實(shí)物。代做專科、本科各個專業(yè)畢業(yè)論文。代做電子、機(jī)械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計。完全按照畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書做，指導(dǎo)畢業(yè)答辯。淘寶交易： : 1226388638第 1 章 超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計 超聲波測距的原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 t，然后求出距離 (11)2ctS?式(11)中的 c 為超聲波在空氣中傳播的速度。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍，減少測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計方法。由于超聲波發(fā)球聲波范圍，其波速 c 與溫度有關(guān)，表 11 列出了幾種不同溫度下的波速。表 11 聲速與溫度的關(guān)系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386波速確定后，只要測得超聲波往返的時間 t，即可求得距離 S。其系統(tǒng)原理框圖如圖 11 所示。圖 11 超聲波測距系統(tǒng)框圖單片機(jī) AT89C51 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機(jī)中斷程序，讀出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進(jìn)行計算、判別后，相應(yīng)的計算結(jié)果被送至 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在下一節(jié)里，我們將詳細(xì)介紹超聲波測距儀的各部分電路的設(shè)計思路及方法。 超聲波測距系統(tǒng)電路的設(shè)計 總體設(shè)計方案由單片機(jī) AT89C51 編程產(chǎn)生 40kHz 的方波，由 口輸出，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理,送至單片機(jī)。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離,并由單片機(jī)控制顯示出來。該測距裝置是由超聲波傳感器、單片機(jī)、發(fā)射/接收電路和 LED 顯示器組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機(jī)相連接,單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時序圖如圖 12 所示。圖 12 時序圖單片機(jī)在 T0時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時器停止計數(shù)。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離。 發(fā)射電路的設(shè)計由單片機(jī)產(chǎn)生的 40kHz 的方波需要進(jìn)行放大，才能驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，發(fā)射驅(qū)動電路其實(shí)就是一個信號放大電路，本課題所選用的是 74HC04集成芯片，圖 13 為發(fā)射電路圖。圖 13 發(fā)射電路74HC04 內(nèi)部集成了六個反向器，同時具有放大的功能。74HC04 的管腳如圖14 所示。圖 14 74HC04 管腳圖 接收電路的設(shè)計超聲波接收頭接收到超聲波后，轉(zhuǎn)換為電信號，此時的信號比較弱，必需經(jīng)過放大。本系統(tǒng)采用了 LM741 對接收到的信號進(jìn)行放大，接收電路如圖 15所示。圖 15 接收電路超聲波探頭接收到超聲波后，通過聲電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一正弦信號，其頻率為傳感器的中心頻率，即 40kHz。該信號通過 C1 高通濾波后經(jīng) LM741 放大，最后經(jīng)二極管整形后輸出到單片機(jī)中斷口。LM741 是一單運(yùn)放集成芯片，圖 16 為LM741 管腳圖。圖 16 LM741 管腳圖 顯示模塊的設(shè)計LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。圖 17 示出了八段 LED 數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。圖 17(a)為八段共陰數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖，圖 17(b)是它的原理圖，圖 17(c)為八段