基于單片機的超聲波檢測設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 西安郵電學院 畢 業 設 計（論 文）題 目： 院 （系）： 專 業： 班 級： 學生姓名： 　 導師姓名： 職稱： 摘 要隨著社會經濟的發展交通運輸業日益興旺，汽車的數量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞預警系統勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計的一種倒車防撞報警系統。論文的內容是基于AT89C51單片機倒車防撞系統的設計，主要是利用超聲波的特點和優勢，將超聲波測距系統和AT89C51單片機結合于一體，設計出一種基于AT89C51單片機的倒車防撞報警系統。該系統采用軟、硬件結合的方法，具有模塊化和多用化的特點。論文概述了超聲波檢測的發展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統的一些主要參數進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統功能的基礎上，提出了系統的總體構成。通過多種發射接收電路設計方案比較，得出了最佳設計方案，并對系統各個設計單元的原理進行了介紹。對組成各系統電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統的軟件結構，通過編程來實現系統功能。最后，通過對系統的誤差分析，給出了系統的改進方案。關鍵字：單片機 超聲波 AT89C51 AbstractIs day by day prosperous along with the social economy development transportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most mon one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of backdraft hits the alarm system.The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51 monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multiuse characteristics. The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall position of the system. Through multiple launch reception circuit design parison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the position of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. Finally, through the analysis of system error, giving the system improvement programme. Key word：monolithic integrated circuit；ultrasonic wave；AT89C51目 錄第1章 緒論 1 超聲檢測發展綜述 1 論文主要內容和章節安排 3 本設計時間安排 3第2章 超聲波測距原理 5 超聲波傳感器介紹 5 超聲波傳感器特性 6 超聲波檢測概述 7 超聲探傷 8 超聲測距原理及實現 9第3章 單片機超聲波測距系統構想 10 超聲波測距系統總體方案 10 系統主要參數考慮 11 傳感器指向角 11 測距儀的工作頻率 12 聲速 12 發射脈沖寬度 12 測量盲區 13第4章 單片機倒車防撞報警系統各組成單元方案設計 14 發射接收電路方案設計 14 顯示報警單元方案設計 22 系統顯示電路設計 22 系統報警電路設計 23 單片機復位電路 24 時鐘電路 25 穩壓電源 25第5章 系統硬件及軟件實現 27 單片機硬件介紹 27 單片機AT89C51介紹 27 8155芯片介紹 28 74LS244芯片介紹 29 74LS06芯片介紹 30 運算放大器 31 LM567芯片介紹 32 探頭UCM介紹 33 系統軟件結構 34 主程序 34 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 37第6章 系統誤差分析及改進 39 誤差產生原因分析 39 溫度對超聲聲速的影響 39 回波檢測對時間測量的影響 40 超聲傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響 40 針對誤差產生原因的系統改進方案 40參考文獻 42致謝 4341第1章 緒 論隨著社會經濟的發展,交通運輸業日益興旺，汽車的數量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞報警系統勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸的基本物理特性——折射，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛人員，起到安全的作用。 超聲波檢測發展綜述高速度，高效率是現代工業的標志，而這是建立在高質量的基礎之上的。設計和工藝人員理應了解：非均一的組織結構，隨機出現的微觀，宏觀缺陷，常常可以有時甚至是只能依靠無損檢測技術的運用方可予以發現，評價。當然，這與數十年來多方的重視和廣大從業人員的艱辛努力，使無損檢測技術在這方面已具有一定的能力有關?，F在，在工業發達國家，無損檢測在產品的設計，研制，使用部門已被卓有成效的運用，1981 年美國前總統里根在給美國無損檢測學會成立 40 周年大會的賀信中就說過：“你們能夠給飛機和空間飛行器，發電廠，船舶，汽車和建筑物等帶來更大程度的可靠性。沒有無損檢測，我們就不可能享有目前在這些領域和其他領域的領先地位。”無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發展，客觀的需要畢竟是一種專業可以發展的最大動力。我國無損檢測技術是從無到有，從低級階段逐漸發展到應用普及的現階段水平。超聲波檢測儀器的研制生產，也大致按此規律發展變化。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。如英國的 UCT2 超聲波檢測儀，重達 24Kg，各單位積極開展試驗研究工作，在一些工程檢測中取得了較好的效果。五十年代末六十年代初，國內科研單位進口了波蘭產超聲儀，并進行仿制生產。隨后，上海同濟大學研制出 CTS10 型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20Hg。該儀器性能穩定，波形清晰。但當時這種儀器只有個別科研單位使用，建工部門使用不多。直至七十年代中期，因無損檢測技術仍處于試驗階段，未推廣普及，所以儀器沒有多大發展，仍使用電子管式的 UCT2，CTS10 型儀器。1976 年，國家建委科技司主持召開全國建筑工程檢測技術交流會后，國家建委將混凝土無損檢測技術列為重點攻關項目，組織全國 6 個單位協作攻關。從此，無損檢測技術開始進入有計劃，有目的的研究階段。隨著電子工業的飛速發展，半導體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術的推廣普及。如羅馬尼亞 N2701 型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數碼顯示，儀器重量 10Kg。七十年代，英國 公司推出僅有 重的 PUNDIT 便攜式超聲儀。1978 年 10 月，中國建筑科學院研制出 JC2 型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用TTL 線路，數碼顯示，儀器重量為 5Kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有 SC2 型，CTS25 型，SYC2 型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產的超聲波儀器，為推廣應用無損檢測技術奠定了良好的基礎。超聲波檢測技術是我國重點發展和推廣的新技術，其具有高精度，無損，非接觸等優點。目前，已經廣泛地應用在機械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業領域。此外，在材料科學，醫學，生物科學等領域中也占具重要地位。國外在提高超聲波測距方面做了大量研究，國內一些學者也做了相關研究。對超聲波測距精度主要取決于所測的超聲波傳播時間和超聲波在介質中的傳播速度，二者中以傳播時間的精度影響較大，所以大部分文獻采用降低傳播時間的不確定度來提高測距精度。目前，相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法。超聲波檢測技術作為無損檢測技術的重要手段之一，在其發展過程中起著重要的作用，它提供了評價固體材料的微觀組織及相關力學性能、檢測其微觀和宏觀不連續性的有效通用方法。由于其信號的高頻特性，超聲波檢測早期僅使用模擬量信號的分析，大部分檢測設備僅有A掃描形式，需要通過有經驗的無損檢測人員對信號進行人工分析才能得出正確的結論，對檢測和分析人員的要求較高，因此，人為因素對檢測的結果影響較大，波形也不易記錄和保存，不適宜完成自動化檢測。八十年代后期，由于計算機技術和高速器件的不斷發展，使超聲波信號的數字化采集和分析成為可能。目前國內也相繼出現了各類數字化超聲波檢測設備，并已成為超聲波檢測的發展方向。廈門大學的某位學者研究了一種回波輪廓分析法。該方法在測距中通過兩次探測求取回波包絡曲線來得到回波的起點，通過這樣處理后超聲波傳播時間的精度得到了很大的提高。意大利的Carullo等人介紹了一種自適應系統，采用特殊的發射波形來獲得好的回波包絡，同時采用對環境噪聲進行估測，設置一定的回波開平電路，且采用自動增益的控制放大器，通過這些措施來提高超聲波的探測精度。另外，也有大量的文獻研究采用數字信號處理技術和小波變換理論來提高傳輸時間的精度。這些處理方法都取得了較好的效果。目前國內外在超聲波檢測領域都向著數字化方向發展，數字式超聲波檢測儀器的發展速度很快。國內近幾年也相繼出現了許多數字式超聲波儀器和分析系統。國際上對超聲波檢測數字化技術的研究非常重視，國外生產類