毕业论文 基于单片机的超声波测距器设计.doc
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毕业论文 基于单片机的超声波测距器设计,摘要：21世纪是一个科技的时代，单片机的出现又令工业社会有了前所未有的发展。而基于单片机的超声波测距器作为单片机众多应用中的佼佼者，无疑为现代的工业生产带来了更多的便利。超声波测距器可以应用于一些工业现场的位置监控，也可以用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。超声波是指频率在20khz以上的声波，它属于机械波的范畴。...
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摘要：21世纪是一个科技的时代，单片机的出现又令工业社会有了前所未有的发展。而基于单片机的超声波测距器作为单片机众多应用中的佼佼者，无疑为现代的工业生产带来了更多的便利。超声波测距器可以应用于一些工业现场的位置监控，也可以用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路和显示电路，另外还有复位电路和LED控制电路等。我采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能。软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LED上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。
关键词：单片机AT89C51；超声波；传感器；测距公式；距离测量
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题的意义和背景 1
1.2国内外关于单片机的超声波测距器研究的现状 2
1.3课题研究的主要内容和方法以及研究过程中的主要问题和解决办法 2
1.4几种测距方式的比较和选择 3
1.1.1红外线测距方式： 3
1.1.2激光测距方式： 3
1.1.3超声波测距方式： 3
1.5基于单片机的超声波测距器的设计思路 4
第二章 基于单片机的超声波测距器的硬件系统设计 6
2.1 系统总体设计思想 6
2.2 单片机的简单介绍与性能特点 7
2.2.1 系统单片机的选择 7
2.2.2单片机的系统电路 10
2.3 AT89C51单片机的引脚介绍 11
2.4 系统模型的建立 12
2.4.1 系统的主要模块 12
2.4.2 超声波测距原理 13
2.4.3 超声波的使用方法及超声波换能器的简单介绍 14
2.4.4 超声波测距对不同物体的影响 15
2.5基于单片机的超声波测距器的系列设计原理 15
2.5.1 系统主程序设计原理 15
2.5.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序设计 16
2.5.3超声波发射电路及超声波反相器、传感器设计 16
2.5.4 超声波检测接收电路设计 19
2.6 单片机的显示电路设计 23
第三章 基于单片机的超声波测距器的软件系统设计 24
3.1 需要由基于单片机的超声波测距器的软件程序完成的功能 24
3.2 对于软件编程语言的选择 24
3.3 实现重要功能的程序的浅析 25
3.3.1 实现温度读取功能的程序 25
3.3.2 实现根据温度转化声速的程序 25
3.3.3 实现距离计算的程序 25
3.3.4 主函数的结构与内容 26
3.4 系统主程序流程 28
3.5 定时器T1中断服务子程序的设计 29
3.6 延时子程序的设计 30
3.7 基于单片机的超声波测距器的整体设计思路综述 31
第四章 系统调试情况 32
4.1 系统硬件调试 32
4.2系统软件调试 32
4.3 系统软、硬件联合调试 33
4.4 部分设计的优化方案 34
4.4.1 提高测距的范围 34
4.4.2 发射探头和接收探头之间的影响 34
4.4.3 超声波的衰减 34
4.4.4 系统干扰因素 35
第五章 研究结论与展望 37
5.1 研究结论 37
5.2 研究展望 38
致 谢 39
参考文献 39
附 录 40
Based on MCU ultrasonic ranging 45
超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路和显示电路，另外还有复位电路和LED控制电路等。我采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能。软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LED上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。
关键词：单片机AT89C51；超声波；传感器；测距公式；距离测量
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题的意义和背景 1
1.2国内外关于单片机的超声波测距器研究的现状 2
1.3课题研究的主要内容和方法以及研究过程中的主要问题和解决办法 2
1.4几种测距方式的比较和选择 3
1.1.1红外线测距方式： 3
1.1.2激光测距方式： 3
1.1.3超声波测距方式： 3
1.5基于单片机的超声波测距器的设计思路 4
第二章 基于单片机的超声波测距器的硬件系统设计 6
2.1 系统总体设计思想 6
2.2 单片机的简单介绍与性能特点 7
2.2.1 系统单片机的选择 7
2.2.2单片机的系统电路 10
2.3 AT89C51单片机的引脚介绍 11
2.4 系统模型的建立 12
2.4.1 系统的主要模块 12
2.4.2 超声波测距原理 13
2.4.3 超声波的使用方法及超声波换能器的简单介绍 14
2.4.4 超声波测距对不同物体的影响 15
2.5基于单片机的超声波测距器的系列设计原理 15
2.5.1 系统主程序设计原理 15
2.5.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序设计 16
2.5.3超声波发射电路及超声波反相器、传感器设计 16
2.5.4 超声波检测接收电路设计 19
2.6 单片机的显示电路设计 23
第三章 基于单片机的超声波测距器的软件系统设计 24
3.1 需要由基于单片机的超声波测距器的软件程序完成的功能 24
3.2 对于软件编程语言的选择 24
3.3 实现重要功能的程序的浅析 25
3.3.1 实现温度读取功能的程序 25
3.3.2 实现根据温度转化声速的程序 25
3.3.3 实现距离计算的程序 25
3.3.4 主函数的结构与内容 26
3.4 系统主程序流程 28
3.5 定时器T1中断服务子程序的设计 29
3.6 延时子程序的设计 30
3.7 基于单片机的超声波测距器的整体设计思路综述 31
第四章 系统调试情况 32
4.1 系统硬件调试 32
4.2系统软件调试 32
4.3 系统软、硬件联合调试 33
4.4 部分设计的优化方案 34
4.4.1 提高测距的范围 34
4.4.2 发射探头和接收探头之间的影响 34
4.4.3 超声波的衰减 34
4.4.4 系统干扰因素 35
第五章 研究结论与展望 37
5.1 研究结论 37
5.2 研究展望 38
致 谢 39
参考文献 39
附 录 40
Based on MCU ultrasonic ranging 45
