畢業(yè)設(shè)計基于at89s51單片機超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(已修改)

　

【正文】 畢業(yè)設(shè)計(論文)正文題 目 基于AT89S51單片機超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱  基于AT89S51單片機超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計摘要：本文主要研究開發(fā)了一種基于單片機微處理器的超聲波測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用反射超聲波測量待測距離。在介紹超聲傳感器原理與特性和超聲測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。介紹了具體的軟硬件設(shè)計以及相關(guān)的實驗情況,針對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯示部分的總體設(shè)計方案進行了論證，對測距系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論。關(guān)鍵字:超聲波，測距，測量精度THE STUDY AND APPLICATION OFDISTANCEMEASUREMENT SYSTEM BASED ON ULTRASONIC WAVEABSTRACT: This paper primarily investigates a kind of ultrasonic distance measurement device based on microprocessor. This device can measure certain distance with reflected wave on condition that the speed of transmitting wave is fixed. It generally specifies the theoretical foundation of the device, introduces the software and hardware design of the device and correlative experiments. The design of the distance measurement is targeted on high precision and little blind area. Then it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter and presenting the theory and characters of ultrasonic sensor. And then the transmission, receiver, detection, display scheme of this distance meter system is brought out. At the same time, a number of main technical parameters are discussed.Key Words: ultrasonic,measuring distance, measurement accuracy目 錄第一章 緒論 1 1 1 2第二章 超聲波測距技術(shù)綜述 3 3 3 4 4 4 7第三章 超聲波測距系統(tǒng)的原理與設(shè)計 9 9 9 10 12 12 19 21 22 23. AT89S52單片機最小系統(tǒng) 24 27 27 28第四章 結(jié)論及展望 32參考文獻 33致 謝 34 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙第一章 緒論 高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標(biāo)志，而這是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的。設(shè)計和工藝人員理應(yīng)了解非均一的組織結(jié)構(gòu)，隨機出現(xiàn)的微觀，宏觀缺陷，常常可以有時甚至是只能依靠無損檢測技術(shù)的運用方可予以發(fā)現(xiàn)和評價。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力是分不開的，由于他們的努力使無損檢測技術(shù)在這方面已具有一定的水平，在工業(yè)發(fā)達國家，無損檢測在產(chǎn)品的設(shè)計，研制，使用部門已被卓有成效的運用。無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專業(yè)可以發(fā)展的最大動力。 一般認(rèn)為。當(dāng)時Galton哨在空氣中產(chǎn)生的頻率達3 X 100Hz，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。這些年來，隨著超聲波技術(shù)研究的不斷深入，在加上其具有的高精度、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及。目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機械制造、電子冶金、航海、宇航、石油化工、交通等工業(yè)領(lǐng)域。此外在材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占據(jù)重要地位。 五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進行仿制生產(chǎn)。1976年，國家建委科技司主持召開全國建筑工程檢測技術(shù)交流會后，國家建委將混凝土無損檢測技術(shù)列為重點攻關(guān)項目，組織全國6個單位協(xié)作攻關(guān)。從此，無損檢測技術(shù)開始進入有計劃，有目的的研究階段。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術(shù)的推廣普及。1978年10月，中國建筑科學(xué)院研制出JC2型便攜式超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣無損檢測技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。目前，計算機市場價格大幅度下降，采用非一體化超聲波檢測儀器，計算機可發(fā)揮它一機多用的各種功能，實際上是最大的節(jié)約。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨的超聲儀，計算機可充分發(fā)揮各自特點。高智能化檢測儀器只能滿足檢測條件，使用環(huán)境，重復(fù)性測試內(nèi)容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。儀器設(shè)計也應(yīng)從實際情況出發(fā)，才能滿足用戶的要求[1]。 超聲的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲波的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。1883年Galton首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲波。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和液哨等機械型超聲換能器。由于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進，至今仍廣泛地用于超聲處理技術(shù)中。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20kHz以上的機械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。它在很多距離探測應(yīng)用中有很重要的用途，包括非損害測量、過程檢測、機器人檢測和定位、以及流體液面高度測量等。 超聲波方法在某些方面具有突出的優(yōu)點[2]:(1)超聲波對色彩、光照度不敏感，可用于識別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)。(2)對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強、有毒等惡劣環(huán)境中。(3)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，費用低，信息處理簡單可靠，易于小型化和集成化。因此超聲檢測法己經(jīng)越來越多地引起人們的重視，并且被廣泛應(yīng)用在液位測量、機械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面。特別是在空氣測距中，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法高。第二章 超聲波測距技術(shù)綜述 這一章首先從超聲波的基本性質(zhì)對超聲波做了介紹，隨后又對超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、種類及特性做了介紹，為本論文后面章節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。尤其是超聲波傳感器是超聲波測距系統(tǒng)的重要部件，用于超聲波的發(fā)射和接收，所以超聲傳感器的工作原理也是整個測距系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，這些將是本章討論的重點。 超聲波簡單的說就是音頻超過了人類耳朵所能夠聽到的范圍。一般而言是指聲音超過了20kHz以上時稱之為超聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。超聲波在相同的傳播媒體里(如大氣條件)傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致，是縱向振動的彈性機械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運動而傳播的，波動方程描述方法與電磁波是類似的: (21) (22)式中，A(x)為振幅，A0為常數(shù)，w為圓頻率，t為時間，x為傳播距離，為波數(shù)，A為波長，a為衰減系數(shù)。衰減系數(shù)與聲波所在介質(zhì)及頻率的關(guān)系為: (23)式中a為介質(zhì)常數(shù)，f為振動頻率。在空氣里，a = 2x1013s2 /cm，當(dāng)振動的聲波頻率f=40kHz(超聲波)代入式(23)可得, α=，即1/α=3lm。若f=30kHz，則1/α=56m。它的物理意義是:在1/α長度上，平面聲波的振幅衰減為原來的e分之一，由此可以看出，頻率越高，衰減得越厲害，傳播的距離也越短。聲波在空氣媒質(zhì)里傳播，因空氣分子運動摩擦等原因，能量被吸收損耗。超聲波除了具有與電磁波相似的一面外，同時還具有其自身的一些特點:1)能以各式各樣的傳播模式(縱波、橫波、表面波、薄板波)在氣體、液體、固體或它們的混合物等各種媒質(zhì)中傳播，也可在光不能通過的金屬、生物體中傳播，是探測物質(zhì)內(nèi)部的有效手段。2)由于超聲波與電磁波相比速度慢，對于相同的頻率波長短，容易提高測量的分辨率。3)由于傳播時受介質(zhì)聲速、聲阻抗和衰減常數(shù)的影響大，所以，反