基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距畢業(yè)論文2(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(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的測(cè)距方案中，超聲波測(cè)距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于防盜、倒車(chē)?yán)走_(dá)、水位測(cè)量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。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(cè)距的原理的基礎(chǔ)上，指出了設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問(wèn)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(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測(cè)速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)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(cè)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(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................5 超聲波測(cè)距的原理 ..........................................5 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) ...................................5 總體設(shè)計(jì)方案 ..........................................5 發(fā)射電路的設(shè)計(jì) .........................................6 接收電路的設(shè)計(jì) .........................................7 顯示模塊的設(shè)計(jì) .........................................8 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ...................................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(cè)距方案 ..................................12 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) ............................12 基于 CPLD 的超聲波測(cè)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(cè)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(jiǎn)介 ........................................20 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) ............................................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(lèi)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(shí)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(jì)實(shí)物。代做專(zhuān)科、本科各個(gè)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文。代做電子、機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。完全按照畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)做，指導(dǎo)畢業(yè)答辯。淘寶交易： : 1226388638第 1 章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)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(cè)距離存在四個(gè)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(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍，減少測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)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(cè)得超聲波往返的時(shí)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(cè)距系統(tǒng)框圖單片機(jī) AT89C51 發(fā)出短暫的 40kHz 信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)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(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，讀出時(shí)間 t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)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(cè)距儀的各部分電路的設(shè)計(jì)思路及方法。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)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(guò)放大電路，驅(qū)動(dòng)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(lái)后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過(guò)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(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離,并由單片機(jī)控制顯示出來(lái)。該測(cè)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(shí)序圖如圖 12 所示。圖 12 時(shí)序圖單片機(jī)在 T0時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，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(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間 t，由此便可計(jì)算出距離。 發(fā)射電路的設(shè)計(jì)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(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路其實(shí)就是一個(gè)信號(hào)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(gè)反向器，同時(shí)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(jì)超聲波接收頭接收到超聲波后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)比較弱，必需經(jīng)過(guò)放大。本系統(tǒng)采用了 LM741 對(duì)接收到的信號(hào)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(guò)聲電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一正弦信號(hào)，其頻率為傳感器的中心頻率，即 40kHz。該信號(hào)通過(guò) 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L(zhǎng)M741 管腳圖。圖 16 LM741 管腳圖 顯示模塊的設(shè)計(jì)LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)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